超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能的影响

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能的影响学位申请人：谢学涛学科领域：机械工程校内导师：何柏林教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人

2、已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。学生本人签名日期校内导师签名日期校外导师签名日期摘要

3、超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能的影响摘要本文通过超声疲劳实验、模拟应力集中、探测残余应力及焊接接头表面晶粒细化来探究超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能的影响。试验将试样分成5组，分别是圆柱状母材试样、板状母材试样、圆柱状焊接接头试样、板状焊接接头试样和超声冲击态试样。五组试样进行超声疲劳试验，获得五组疲劳试验数据和S-N曲线，对比五组试验数据，得到超声冲击对P355NL1钢焊接接头的超高周疲劳性能影响。利用扫描电镜(SEM)观察五组试样的疲劳失效断口形貌，探究其疲劳失效模式。通过ANSYS有限元软件、残余应力测

4、试仪、金相显微镜及透射电镜(TEM)探究应力集中、残余应力、焊根表面晶粒细化的作用下，超声冲击影响焊接接头超高周疲劳性能的机理。试验结果表明：1.由试验数据拟合S-N曲线，得到曲线方程。板状母材试样：lgN+34.72lgΔσ=90.654×105≦N≦4.54×108；板状焊态试样：lgN+10.64lgΔσ=30.954×105≦N≦4.40×108；圆柱状母材试样：lgN+14.29lgΔσ=44.044×105≦N≦3.09×108；圆柱状焊态试样：lgN+14.93lgΔσ=44.794×105≦N≦5.79×108；超声冲击态试样

5、：lgN+13.55lgΔσ=39.344×105≦N≦4.30×107，lgN+76.22lgΔσ=186.224.30×107≦N≦5.42×108。2.在同等疲劳寿命情况下，圆柱状试样的疲劳强度要远高于板状试样。在1.0×106周次疲劳寿命下，圆柱母材的疲劳强度是板状母材的1.68倍，圆柱状焊态的疲劳强度更是板状焊态的1.80倍。超声冲击态试样与板状焊态试样相比较，疲劳性能有很大的提升。在1.0×108周次疲劳寿命下，超声冲击试样的疲劳强度为217MPa，而板状焊态试样则是143MPa，疲劳强度提升了51.7%。在试验中可以发现试样在超

6、高周寿命区间(≧107周次)还是会发生疲劳失效，所以不存在传统意义上的疲劳极限和无限寿命。3.在220MPa的应力载荷下，超声冲击态试样的疲劳寿命为3.98×107周次，而板状焊态的则为1.06×106周次，疲劳寿命提高了37倍，所以超声冲击可以大幅延长焊接接头的疲劳寿命。4.板状焊接接头的裂纹扩展路径平直，而超声冲击态的则比较曲折。裂纹扩展的过程中呈现的是穿晶断裂，伴有塑性变形的痕迹。5.对于圆柱状母材试样和焊接接头试样，裂纹源大多位于试样表面的机械加工微痕，少量试样位于次表面的夹杂物处，并没有发现疲劳裂纹源位于试样的内I摘要部，没有出现典

7、型的“鱼眼”形貌。扩展区断口面平坦，均能够观察到河流花样和撕裂棱，同时伴有二次裂纹和解理台阶。瞬断区都是呈现韧窝形貌，这表明圆柱状母材和焊接接头的疲劳断裂机制为准解理断裂。6.对于板状焊接接头试样与超声冲击态试样，断裂机制差别不大，大部分裂纹都是萌生于焊跟处，区别在于板状焊接接头试样裂纹萌生于表面，而冲击态试样则萌生于次表面，裂纹扩展区呈现撕裂棱和二次裂纹形貌。瞬时断裂区呈现韧窝形貌，且底部有第二相粒子。这说明超声冲击态试样和板状焊接接头试样疲劳失效为准解理断裂。这说明超声冲击处理并不会改变焊接接头高周及超高周的疲劳失效机理。7.超声冲击作用

8、在焊接接头焊根处表面，能够增大母材与焊缝之间的圆弧过渡半径。焊态试样应力集中系数Kt1=1.82，冲击态试样应力集中系数Kt2=1.35，应力集中系数下降了25.8