HARATI E等[16,17]对比了LTT焊接材料、超声波冲击和LTT焊接材料+超声波冲击三种不同处理方式的T形接头的疲劳强度。研究结果表明,LTT焊接材料的焊接接头比普通焊丝焊接接头的疲劳强度提高了13%,但提高幅度低于超声波冲击处理后的焊接接头(26%);而LTT焊接材料+超声波冲击处理的焊接接头疲劳强度虽然也有提高,但改善效果均比单独采用LTT焊接材料和单独采用超声波冲击处理的效果差,如图4所示。图4 在焊态和超声波冲击处理条件下对T形接头常规焊缝和LTT焊缝进行疲劳试验的结果 注:图中HFMI为高频机械冲击,在本文中特指超声波冲击。 此外,THOMAS S H等[18]的研究结果也表明,LTT焊接材料可以有效地降低焊接接头残余拉应力,甚至产生焊接残余压应力;对于钢材强度级别为350~1021MPa的各类焊接接头(包括对接接头、T形接头、十字接头等),其疲劳性能的改善效果都非常显著。 在国内,天津大学的霍立兴和王文先等[1,3]于2000年率先开展了LTT焊接材料的研究,自主研制的LTT焊条可以显著提高横向对接接头、非承载十字街头、纵向环绕角焊缝接头、纵向平行角焊缝接头和纵向侧平面角接板接头的疲劳强度,相对于普通焊条,LTT焊条焊接接头的疲劳强度分别提高了12.1%、22.6%、41.2%、46.3%和58.8%。赵晓辉等[19]开发了LTT合金粉并用于碳锰钢非承载十字焊接接头的喷熔修形,使焊接疲劳强度提高了70.4%。徐连勇等[20]采用LTT焊丝熔修不锈钢焊接接头的焊脚,疲劳寿命比焊态条件下焊接接头提高14~23倍,比308L焊丝熔修的焊接接头提高3~6倍。 LTT焊接材料改善焊接接头疲劳强度的效果明显优于TIG熔修和焊脚打磨,但是与超声波冲击相比,效果略差。天津大学的霍立兴等[21]研究了LTT焊条和超声波冲击处理对Q235B碳素钢对接接头和十字接头疲劳强度的影响。研究表明,超声波冲击和LTT焊条均大幅提高了两种焊接接头的疲劳强度,其中,超声波冲击处理对两种焊接接头的改善效果更好。吴世品等[22]为提高LTT焊接材料焊缝金属的韧性,开发了焊后配分处理工艺。结果表明,与LTT焊接材料相比,经过焊后配分处理后的疲劳寿命并没有明显变化,但与普通焊接材料相比,焊后配分处理后焊接接头疲劳寿命显著提高,其中疲劳强度提高了约147%,如图5所示。此外,国内上海交通大学和温州大学等[23,24]单位的研究人员也相继开展了LTT焊接材料降低焊接残余应力的相关研究,并取得了较好的效果。图5 焊后配分处理后LTT6焊接接头的疲劳试验结果和S-N曲线 4 结论及展望 从LTT焊接材料的研究现状和进展来看,该类型的焊接材料在提升高强钢焊接接头疲劳性能方面效果显著,在解决大型焊接结构疲劳失效问题等方面具有广阔的应用前景。然而, LTT焊接材料在大型焊接结构制造中却迟迟未得到推广和应用,其主要原因是已开展的研究主要集中在改善疲劳强度方面,而忽视了实际工程对焊接接头综合力学性能的要求。尽管LTT焊接材料在近年来获得了快速发展,但是依然没有很好地解决综合熔敷金属的强韧性与疲劳性能提高的合理匹配问题,这是制约LTT焊接材料在大型工程领域应用的关键。 LTT焊态焊缝金属中会产生脆硬的淬火马氏体组织,如何使焊缝金属既获得合适的Ms点以保证具有一定的相变膨胀量,同时又要保证其强度和韧性的合理匹配,这是一个亟待解决的科学问题。因为LTT焊接材料的合金含量较高,所以合金元素配比不合理容易导致凝固裂纹和冷裂纹的产生,N、H、O等元素及碳含量等均对LTT焊接材料熔敷金属的韧性有较大影响。为改善LTT熔敷金属的综合力学性能,需要系统地探讨LTT熔敷金属的相变过程以及强化和韧化的内在机制,深入研究低相变高合金马氏体组织的韧化机理。 因此,焊接工作者应努力寻求提高LTT熔敷金属低温冲击韧度的有效途径,采用的主要方式包括通过控制Ms点来调整熔敷金属的组织,平衡熔敷金属低温冲击韧度和疲劳性能的关系;通过提高熔敷金属的纯净度,降低C、H、O等元素的含量来改善焊接接头的力学性能等,以满足中大型工程装备对焊接接头综合性能的要求。参考文献:[1]霍立兴.焊接结构的断裂行为及评定[M].北京:机械工业出版社,2000.[2]格内尔T R.焊接结构的疲劳[M].周殿群,译.北京:机械工业出版社,1988.[3]王文先.低相变点焊条及其在改善焊接接头疲劳性能中的应用研究[D].天津:天津大学, 2002.[4]OOI S W,GARNHAM J E,RAMJAUN T I. 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