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    技術

    焊縫疲勞原因分析

    發表于: 2023-08-22作者:納思檢測點擊:328

    隨著焊接結構的廣泛應用,焊接結構的疲勞失效問題越來越受到關注。研究焊接結構疲勞失效的產生原因以及預防措施具有重要意義。

    背景簡介:

    某公司的承載軸產品,在對接焊縫的位置出現了疲勞斷裂現象。此產品的焊接工藝為氣保焊135(MAG/GMAW),母材方面,軸頭為30Mn2,方管為Q345B材料,單邊V型45度坡口。失效后的產品見圖1,截面見圖2。

    圖1

    圖2


    失效原因:

    1. 焊縫根部未焊透。這種疲勞裂紋一般是產生于焊縫根部并擴展到工件表面。(工藝執行問題)
    2. 坡口是單邊的45度坡口。這種類型的坡口根部的溶合都不理想,原因有2個,一個是無坡口側的熱傳遞很快,容易形成假焊;二是二保焊有噴嘴的原因,電弧不容易達到根部,可達性不好。(焊接坡口設計問題)
    3. 坡口根部沒有留間隙,導致坡口根部的溶合不良。(焊接坡口設計問題)
    4. 軸頭的剛性太強,軸管相對較弱,焊接的焊縫正好在軸頭的剛性最強處。
    5. 焊縫根部沒有圓滑過渡。疲勞試驗中,此區域會產生很高的應力集中。(零件結構設計問題,此結構設計不是耐疲勞的結構設計)
    6. 工藝上可能沒有考慮整體熱處理。(能減少大部分應力集中,但不能根除)
    7. 考慮在30Mn2側進行焊前預熱150-180度(只能減少小部分的應力集中和冷裂紋傾向)。
    8. 堵板在此有杠桿作用,放大了軸受到的力,導致焊縫根部受到的張力大幅提高。
    9. 焊縫沒有進行內部無損檢測。

    改進措施:

    1. 打底焊道一定要焊透,并保證背面成形良好。
    2. 更改坡口設計,改成60度對稱坡口。
    3. 更改坡口設計,根部留2-4mm間隙。
    4. 更改設計,保證焊接處的剛性相差不大。
    5. 更改軸頭設計,改成根部帶R的結構。
    6. 可考慮焊后進行消除應力熱處理。
    7. 可考慮焊前預熱150-180度。
    8. 可考慮更改堵板位置,或去除堵板。
    9. 增加UT抽檢或100%UT檢測。

    改進的示意圖見圖3

     

    經驗總結:

    生產良好的產品的基礎條件:

    1. 必須有好的設計:產品有設計缺陷,無論是產品設計,還是工藝設計,均是最致命的。
    2. 有成熟的工藝:沒有合理,成熟的工藝,也保證不了產品的質量。
    3. 有效的檢測手段保證:沒有檢測手段的監督,產品的質量不會保持長期穩定。

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