TCS345、Q345A焊接接头疲劳性能对比试验

贾汝唐

摘要：TCS345铁素体不锈钢，以它高性能、低成本的特点，作为一种绿色环保的经济型材料，已在70吨级敞车、平车等车辆上得到广泛应用。如果TCS345用于罐车上，与现罐车用板Q345A相比，在相同条件下，焊接接头的抗疲劳性能优劣如何？通过疲劳试验，获得它们的S-N疲劳曲线，得出了疲劳结论。

关键词：对接接头 疲劳 S-N疲劳曲线

0 前言

随着铁路货车产品升级换代步伐的加快，太原钢铁集团有限公司开发了一种新型铁路车辆用的不锈钢——TCS不锈钢，其具有良好的耐蚀性、较高的强度、良好的可焊性、耐湿磨性以及物料滑动性，可以较好的解决货车车体腐蚀磨损的问题，降低了维护成本，提高了车辆使用寿命，由于其高性能、低成本的特点，作为一种绿色环保的经济型材料，已在70吨级敞车、平车等车辆上得到广泛应用，但是该钢是否适用于各类铁路罐车，与现罐车用板Q345A相比，在相同条件下，焊接接头的抗疲劳性能优劣如何？为了研究焊接接头疲劳性能，对TCS不锈钢的焊接接头和Q345A的焊接接头在同等条件下进行疲劳性能对比试验。

1.疲劳试样

试验采用的TCS345和Q345A为国产热轧钢板，厚度10mm，试块的焊接方法、坡口形式、焊缝尺寸等情况，按照产品工艺要求及TCS不锈钢焊接要求进行焊接。

1.1 TCS345+TCS345

试块规格500×500×10mm，两面开60°坡口，1-2mm钝边，2mm间隙。对接接头，双面焊，焊接工艺：采用半自动气体保护焊，焊丝为E308L—G，Φ1.2mm，保护气体为97%Ar+3%CO2，平位焊接，焊接电流180-240A，电弧电压24-28V，气体流量16-20升/分钟。

1.2 TCS345+Q345A

试块规格500×500×10mm，两面开60°坡口，1-2mm钝边，2mm间隙。对接接头，双面焊，焊接工艺：采用半自动气体保护焊，焊丝为E309L—G，Φ1.2mm，保护气体为97%Ar+3%CO2，平位焊接，焊接电流180-240A，电弧电压24-28V，气体流量16-20升/分钟。

1.3 Q345A +Q345A

试块规格500×500×10mm，2mm间隙，对接接头，双面焊，焊接工艺：采用埋弧自动焊，焊丝为HO8MnA，Φ5mm，焊剂为HJ431，平位焊接，焊接电流600-700A，电弧电压36-37V。

试件焊完后，校平，射线探伤Ⅰ级合格后再进行试样的加工，试样选矩形试样。

2试验条件及试验方案

2.1 设备：QBG-100高频疲劳试验机

2.2加载方式：  拉-拉

2.3试验方法：  成组法和升降法

2.4试验参数：  循环特性r=0，循环次数107 ，最大应力σmax=222.9MPa。应力集中系数Kt=1，循环频率f=90～100Hz。

3试验结果及数据

將试验结果数据绘制成疲劳曲线，如下图：

在同一坐标系下三条疲劳曲线如下图：

4、结果分析

从TCS345与TCS345、TCS345与Q345A、Q345A与Q345A的疲劳试样、疲劳数据与三条曲线来看：

（1）三种接头的疲劳破坏具有相同的特点，即断裂部位均出现在焊缝或焊接热影响区（焊趾附近）范围内，说明在同等条件下焊接接头的疲劳强度低于母材的疲劳强度。

（2）不论在大应力下或小应力下Q345A与Q345A焊接接头的疲劳性能最好，TCS345与Q345A焊接接头的疲劳性能次之，TCS345与TCS345焊接接头的疲劳性能较之前两个焊接接头要差。

（3）从曲线分析来看符合疲劳性能的一般规律，即大应力时寿  命较集中，小应力时较分散呈现为喇叭口形状。

（4）三条曲线的寿命分布规律性较强，无交叉重叠。

（5）用升降法得出了在此工艺下三种接头在107循环疲劳强度分别为：Q345A+Q345A试样107循环疲劳强度为     σD=395MPa，Q345A+TCS345试样107循环疲劳强度为σD=299.5MPa， TCS345+ TCS345试样107循环疲劳强度为σD=197.5MPa。

5 结语

用成组疲劳试验和升降法对三种焊接接头进行了疲劳破坏试验，通过统计分析得到疲劳曲线，对比表明现用罐体材料Q345A的焊接接头远远优于TCS345焊接接头的疲劳性能。

参考文献：

1.GB3075-82《金属轴向疲劳试验方法》

2.GB/T13816-92《焊接接头脉动拉伸疲劳试验方法》

3.《70t级新型硫酸罐车车体静强度试验报告》