低碳鋼焊接接頭表面沖擊摩擦改性.pdf

1、通過表面改性處理在材料焊接接頭的表面實現(xiàn)納米化，可以提高焊接接頭的均勻性，達到強化焊接接頭性能的效果。表面沖擊摩擦改性技術，即利用旋轉的沖頭對工件表面進行機械沖擊以提高工件表面性能，是表面改性處理的新方法，將表面沖擊摩擦改性技術應用于焊接接頭，對提高焊接接頭表面組織和性能均勻性具有重要意義。
　　本文針對Q235焊接接頭，采用兩種不同規(guī)格的沖頭，進行了不同次數(shù)的表面沖擊摩擦改性處理工藝實驗，采用光學金相顯微鏡，掃描電子顯微鏡(SE

2、M)，顯微硬度計等測試儀器對經(jīng)過表面沖擊摩擦處理的焊接接頭組織形貌和顯微硬度進行分析，利用X-射線衍射儀(XRD)測試焊接接頭表面晶粒尺寸，采用ASMB2-16靜態(tài)應變采集箱及HK-21型三維應力分布磁測儀測試焊接接頭殘余應力分布，并初步選擇部分試樣在MTS810疲勞實驗機上進行了四點彎曲疲勞性能實驗。
　　結果表明:利用Ⅰ型沖頭（圓柱狀）對焊縫表面進行沖擊摩擦改性處理5次后，在焊縫表面形成塑性變形層，隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加，塑性

3、變形層的厚度逐漸增加。當沖擊摩擦次數(shù)達到20次時，塑性變形層的厚度能夠達到600μm左右，并在表面形成厚度為60μm左右的纖維狀晶粒細化層。熱影響區(qū)的表面晶粒也隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加而逐漸細化，沖擊摩擦次數(shù)達到20次時，塑性變形層厚度能夠達到400μm，但表面沒有形成纖維狀的細化層。當沖擊摩擦次數(shù)為20次時，焊縫表面硬度達到370HV，熱影響區(qū)表面能夠達到280HV，并且隨著距表面距離的增加，硬度逐漸減小，一直到?jīng)_擊前的硬度。
　

4、　利用Ⅱ型沖頭（圓錐狀）進行10次表面沖擊摩擦處理時，焊縫表面形成大約400μm厚的塑性變形層，隨著沖擊摩擦次數(shù)增加，塑性變形層的厚度逐漸增加。當沖擊摩擦次數(shù)達到20次時，變形層厚度達到800μm左右，焊縫表面塑性變形層硬度達到280HV，表面沒有形成纖維狀的晶粒細化層。熱影響區(qū)的表面晶粒隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加而逐漸細化，沖擊摩擦次數(shù)達到20次時，塑性變形層厚度達到400μm，表面硬度能夠達到250HV。與采用Ⅰ型沖頭時相比，表面硬度提

5、高的幅度較小，沖擊改性效果較小。
　　采用Ⅰ型沖頭表面沖擊摩擦改性處理5次時，焊縫表面的平均晶粒尺寸細化到27.2nm，隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加，晶粒尺寸逐漸變小，但在沖擊摩擦改性處理10次、15次時降低幅度不大。當沖擊摩擦次數(shù)達到20次時，晶粒尺寸減小幅度較大，平均晶粒尺寸能夠達到10.6nm。分析晶粒細化的原因是沖頭的沖擊和旋轉摩擦作用引起焊縫表面的晶粒內部發(fā)生位錯運動、增殖、交割、湮沒等過程，在焊縫表面形成強烈的塑性變形層，變

6、形層中的位錯密度隨著沖擊摩擦次數(shù)的增加而增大，晶粒逐漸被細化至納米級。
　　根據(jù)磁測法的結果，隨著Ⅰ型沖頭表面沖擊摩擦改性處理次數(shù)的增加，焊縫表面的殘余應力分布具有不同的變化。在表面沖擊摩擦改性處理10次時，焊縫表面形成較為明顯的殘余壓應力分布。通過盲孔法測試，表面沖擊摩擦改性處理能夠將沖擊處理前的殘余拉應力轉變?yōu)闅堄鄩簯Γp小原來的殘余壓應力，使殘余壓應力的分布逐漸均勻。當沖擊摩擦次數(shù)達到20次時，殘余壓應力分布較為均勻，平