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改善焊趾幾何形狀降低應(yīng)力集中的方法
(1)TIG熔修
國內(nèi)外的研究均表明,TIG熔修可大幅度提高焊接接頭的疲勞強度,這種方法是用鎢極氬弧焊方法在焊接接頭的過渡部位重熔一次,使焊縫與基本金屬之間形成平滑過渡。減少了應(yīng)力集中,同時也減少了該部位的微小非金屬夾渣物,因而使接頭部位的疲勞強度提高。
熔修工藝要求焊槍一般位于距焊趾部位0.5~1.5mm處,并要保持重熔部位潔凈,如果事先配以輕微打磨效果更佳。重要的是重熔中發(fā)生熄弧時,如何處理重新起弧的方法,因為這勢必影響重熔焊道的質(zhì)量,一般推薦重新起弧的最好位置是在焊道弧坑之前面6mm處,最近國際焊接學(xué)會組織歐洲一些國家和日本的一些焊接研究所,采用統(tǒng)一由英國焊接研究所制備的試樣進(jìn)行了—些改善接頭疲勞強度方法有效性的統(tǒng)一性研究,證實經(jīng)該方法處理后該接頭的2×106循環(huán)下的標(biāo)稱疲勞強度提高58%,如果將得到的211MPa的疲勞強度標(biāo)稱值換算成相應(yīng)的特征值(K指標(biāo))為144MPa。它己高出國際焊學(xué)會的接頭細(xì)節(jié)疲勞強度中的最高的FAT值。
(2)機械加工
若對焊縫表面進(jìn)行機械加工,應(yīng)力集中程度將大大減少,對接接頭的疲勞強度也相應(yīng)提高,當(dāng)焊縫不存在缺陷時,接頭的疲勞強度可高于基本金屬的疲勞強度。但是這種表面機械加工的成本很高,因此只有真正有益和確實能加工到的地方,才適宜于采用這種加工。而帶有嚴(yán)重缺陷和不用底焊的焊縫,其缺陷處或焊縫根部應(yīng)力集中要比焊縫表面的應(yīng)力集中嚴(yán)重的多,所以在這種情況下焊縫表面的機械加工是毫無意義的。如果存有未焊透缺陷,因為疲勞裂紋將不在余高和焊趾處起始裂,而是轉(zhuǎn)移到焊縫根部未焊透處。在有未焊透缺陷存在的情況下,機加工反而往往會降低接頭疲勞強度。
有時不用對整體焊縫金屬進(jìn)行機加工,而只需對焊趾處采用機械加工磨削處理,這種做法亦能大幅度提高接頭疲勞強度。研究表明,在這種情況下,起裂點不是在焊趾處,而是轉(zhuǎn)移到焊縫缺陷部位。
前蘇聯(lián)Makorov對高強鋼(抗拉強度σb=1080 MPa)橫向?qū)雍缚p的交變載荷的疲勞強度試驗表明,在焊態(tài)條件下2×106循環(huán)次數(shù)時疲勞強度為±150MPa,如果對焊縫進(jìn)行機械加工處理,除去余高,則疲勞強度提高到±275MPa,這已與基本金屬的疲勞強度相當(dāng)。但如果對焊趾處進(jìn)行局部磨削加工,其疲勞強度為±245MPa,它是機加工效果的83%,與焊態(tài)相比,疲勞強度提高65%,當(dāng)然不論是采用機加工方法,還是磨削方法,如果不能仔細(xì)按要求進(jìn)行,以便保證加工效果,疲勞強度的提高是有限的。
(3)砂輪打磨
采用砂輪磨削,雖然其效果不如機械加工,但也是一種提高焊接接頭疲勞強度的有效方法。國際焊接學(xué)會推薦采用高速電力或水力驅(qū)動的砂輪,轉(zhuǎn)速為(15000~40000)/min,砂輪由碳-鎢材料制作,其直徑應(yīng)保證打磨深度半徑應(yīng)等于或大于1/4板厚。國際焊接學(xué)會最近的研究表明,試樣經(jīng)打磨后,其2×106循環(huán)下的標(biāo)稱疲勞強度提高45%,如果將得到的199MPa疲勞強度標(biāo)稱值換算成相應(yīng)的特征值(135MPa)它也高于國際焊接學(xué)會的接頭細(xì)節(jié)疲勞強度中的最高的FAT值。要注意的是磨削方向應(yīng)與力線方向一致,否則在焊縫中會留下與力線垂直的刻痕,它相當(dāng)于應(yīng)力集中源,起到降低接頭疲勞強度的作用。
(4)特種焊條方法
本方法是研制了一種新型的焊條,它的液態(tài)金屬和液態(tài)熔渣具有較高的溶濕能力,可以改善焊縫的過渡半徑,減小焊趾角度,降低焊趾處的應(yīng)力集中程度,從而提高焊接接頭的疲勞強度。與TIG熔修的缺點相類似,它對焊接位置具有較強的選擇性,特別適合于平焊位置和平角焊,而對于立焊、橫焊和仰焊,它的優(yōu)越性就顯著降低了。
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