一種高溫合金薄壁焊接管材的疲勞試驗(yàn)件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種高溫合金薄壁焊接管材的疲勞試驗(yàn)件的制備方法，屬于測量測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空發(fā)動機(jī)工作溫度的提高，為了提高燃油效率和燃油的溫度，因此迫切需要開發(fā)新的，能夠在更高溫度下使用的燃油導(dǎo)管。變形高溫合金其優(yōu)異的綜合性能適合用于制作先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的油路導(dǎo)管。為了航空發(fā)動機(jī)的輕質(zhì)化和安裝的便捷，許多導(dǎo)管采用焊接的方式進(jìn)行連接，鎢極氬弧焊是適用于高溫合金管材焊接的便捷且工程化的工藝方法，鎢極氬弧焊由于熱輸入較低，特別適合于一些熱敏感的金屬材料薄板、超薄板構(gòu)件，也用于薄壁管子的全位置焊接。手工鎢極氬弧焊可便捷有效地進(jìn)行高溫合金薄壁管材的焊接。統(tǒng)計(jì)表明，發(fā)動機(jī)焊接導(dǎo)管斷裂主要以疲勞損傷為主，高溫合金管材焊接后的疲勞失效的模擬試驗(yàn)尤為重要，對等截面的高溫合金焊接管材的疲勞試驗(yàn)還處于摸索階段，特別是，管材在焊接后需要對其焊接部位進(jìn)行拋光處理，目前對管材焊接表面如何進(jìn)行拋光處理以及產(chǎn)生不同粗糙度后對其疲勞壽命的影響未見詳細(xì)的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明正是針對上述工程背景和現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提出了一種高溫合金薄壁焊接管材的疲勞試驗(yàn)件的制備方法，其目的是為高溫合金薄壁管材的焊接后的疲勞實(shí)驗(yàn)提供可行的設(shè)計(jì)和綜合測試方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0005]該種高溫合金薄壁管材的疲勞試驗(yàn)件的制備方法，所述高溫合金薄壁管材的壁厚^ 1mm，所述高溫合金薄壁管材的制造按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T28295-2012完成，其特征在于:該方法的步驟如下:
[0006]步驟一、采用對接的方式，通過手工鎢極氬弧焊焊接高溫合金管材的疲勞試驗(yàn)件，焊接時，采用T形環(huán)代替焊絲進(jìn)行焊接，疲勞試驗(yàn)件的長度為200mm?220mm，疲勞試驗(yàn)件的焊縫區(qū)位于試驗(yàn)件的中間位置，焊縫區(qū)的寬度為3_，疲勞試驗(yàn)件需經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)，檢測按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T28295-2012完成；
[0007]鎢極氬弧焊由于熱輸入較低，特別適合于一些熱敏感的金屬材料薄板、超薄板構(gòu)件，也用于薄壁管子的全位置焊接。手工鎢極氬弧焊可便捷有效地進(jìn)行高溫合金薄壁管材的焊接；
[0008]步驟二、制作4件疲勞試驗(yàn)件，采用不同目數(shù)的砂紙對疲勞試驗(yàn)件的焊縫區(qū)進(jìn)行拋光處理，一種目數(shù)的砂紙對應(yīng)一個疲勞試驗(yàn)件，砂紙的目數(shù)分別為80#、100#、120#、180#，拋光后測試疲勞試驗(yàn)件焊縫區(qū)的表面粗糙度；
[0009]管材表面粗糙度越小，疲勞壽命越長，反之表面越粗糙，疲勞壽命越短，在疲勞環(huán)境中使用的管材對其進(jìn)行表面拋光處理，以減小表面粗糙度使其表面光滑，通過采用不同目數(shù)的砂紙對管材表面進(jìn)行打磨，并進(jìn)行其表面粗糙度和疲勞壽命的測試，可建立砂紙的目數(shù)與管材疲勞壽命的關(guān)系曲線。
[0010]步驟三、參照HB/Z 26-2011中對航空零件噴丸強(qiáng)化工藝的規(guī)定，對疲勞試驗(yàn)件焊縫區(qū)以外的管材表面進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，噴嘴距離試驗(yàn)件管材表面200mm ;
[0011]步驟四、按照金屬力學(xué)性能試樣標(biāo)準(zhǔn)Q/6S 977-91，加工用于疲勞試驗(yàn)的管材塞子，管材塞子塞入疲勞試驗(yàn)件的兩端，管材塞子塞入后不應(yīng)松動或使管材變形；
[0012]步驟五、用疲勞試驗(yàn)機(jī)夾頭夾持住疲勞試驗(yàn)件兩端，并不使管材變形，進(jìn)行高周疲勞性能測試，疲勞試驗(yàn)機(jī)為液壓疲勞試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)時的應(yīng)力比為R = 0.1的拉拉疲勞，控制外加應(yīng)力，使循環(huán)周次達(dá)到15以上，記錄每個疲勞試驗(yàn)件的高周疲勞壽命，并繪制相同外加應(yīng)力下砂紙的目數(shù)與疲勞試驗(yàn)件高周疲勞壽命的曲線關(guān)系。
[0013]該發(fā)明方法采用手工鎢極氬弧焊焊接高溫合金薄壁管材，采用不同目數(shù)的砂紙打磨管材表面，制造不同表面粗糙度的管材，制作管材疲勞實(shí)驗(yàn)的塞子，對管材非焊縫區(qū)域進(jìn)行噴丸處理，確保疲勞斷裂在管材的有效工作段。
[0014]發(fā)動機(jī)焊接管材的失效形式主要是以疲勞損傷為主，高溫合金管材適合作為在高溫下使用的發(fā)動機(jī)焊接管材，其疲勞失效的模擬試驗(yàn)尤為重要。對于管材疲勞試驗(yàn)件的制備方法的研究可得知發(fā)動機(jī)在工作環(huán)境下的疲勞性能。本發(fā)明技術(shù)方案通過采用不同目數(shù)的砂紙打磨管材焊縫表面，可改變其粗糙度，從而建立高溫合金薄壁焊接管材表面狀態(tài)的定量評估方法，設(shè)計(jì)薄壁管材疲勞實(shí)驗(yàn)所需的塞子，在管材非焊接處進(jìn)行噴丸處理，可強(qiáng)化管材母材，確保疲勞斷裂在管材焊縫處，可達(dá)到有效評估焊縫疲勞失效的目的。該發(fā)明技術(shù)方案可便捷地實(shí)現(xiàn)焊縫表面不同粗糙度，并可實(shí)現(xiàn)對等截面管材進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的可形性。
【附圖說明】
[0015]圖1為實(shí)施例中的砂紙的目數(shù)與疲勞試驗(yàn)件高周疲勞壽命的關(guān)系曲線
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述:
[0017]采用本發(fā)明方法制備GH625高溫合金管材的疲勞試驗(yàn)件，GH625高溫合金管材的壁厚為lmm，GH625高溫合金薄壁管材的制造按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T28295-2012完成，制備方法的步驟如下:
[0018]步驟一、采用對接的方式，通過手工鎢極氬弧焊焊接GH625高溫合金管材的疲勞試驗(yàn)件，焊接時，采用T形環(huán)代替焊絲進(jìn)行焊接，T形環(huán)的尺寸和形狀按照專利CN201760713U公開的方法進(jìn)行加工，疲勞試驗(yàn)件的外徑為14mm，焊接電流為19?25A，焊接電壓為9?13V，疲勞試驗(yàn)件的長度為200_?220_，疲勞試驗(yàn)件的焊縫區(qū)位于試驗(yàn)件的中間位置，焊縫區(qū)的寬度為3mm，疲勞試驗(yàn)件需經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)，檢測參照標(biāo)準(zhǔn)HB 5456-90完成，其中，氣密性檢測采用的壓力為0.35MPa，保壓時間為5分鐘，液壓檢測采用的壓力為42MPa，保壓5min，力學(xué)性能試驗(yàn)主要是拉伸試驗(yàn)，要求其拉伸強(qiáng)度不低于母材技術(shù)條件規(guī)定的強(qiáng)度極限下限值的90%，金相試驗(yàn)主要檢查管材的熱影響區(qū)、焊縫和母材的組織中有無明顯聚集的氣孔類缺陷；
[0019]步驟二、制作4件疲勞試驗(yàn)件，采用不同目數(shù)的砂紙對疲勞試驗(yàn)件的焊縫區(qū)進(jìn)行拋光處理，一種目數(shù)的砂紙對應(yīng)一個疲勞試驗(yàn)件，砂紙的目數(shù)分別為80#、100#、120#、180#，
拋光后測試疲勞試驗(yàn)件焊縫區(qū)的表面粗糙度；
[0020]步驟三、參照HB/Z 26-2011中對航空零件噴丸強(qiáng)化工藝的規(guī)定，對疲勞試驗(yàn)件焊縫區(qū)以外的管材表面進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，噴嘴距離試驗(yàn)件管材表面200mm ;變形高溫合金GH625的噴丸強(qiáng)度為0.18A，覆蓋率大于100%
[0021]步驟四、按照金屬力學(xué)性能試樣標(biāo)準(zhǔn)Q/6S 977-91，加工用于疲勞試驗(yàn)的管材塞子，管材塞子塞入疲勞試驗(yàn)件的兩端，塞子起到支撐疲勞試驗(yàn)件的管材的作用，避免疲勞試驗(yàn)機(jī)的夾頭導(dǎo)致管材的變形；
[0022]步驟五、用疲勞試驗(yàn)機(jī)夾頭夾持住疲勞試驗(yàn)件兩端，并不使管材變形，進(jìn)行高周疲勞性能測試，疲勞試驗(yàn)機(jī)為液壓疲勞試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)時的應(yīng)力比為R = 0.1的拉拉疲勞，控制外加應(yīng)力，使循環(huán)周次達(dá)到15以上，記錄每個疲勞試驗(yàn)件的高周疲勞壽命，并繪制相同外加應(yīng)力下砂紙的目數(shù)與疲勞試驗(yàn)件高周疲勞壽命的曲線關(guān)系。參見附圖1所示。
[0023]通過附圖1中的曲線關(guān)系可以看出，隨著砂紙目數(shù)的增加，即管材表面粗糙度的降低，管材的高周疲勞壽命逐漸提高，80#砂紙拋光管材表面后的疲勞壽命最低，180#砂紙拋光管材表面后的疲勞壽命最高，120#與180#砂紙拋光管材表面后的疲勞壽命相近，可以看出，當(dāng)砂紙目數(shù)達(dá)到一定程度時，砂紙目數(shù)產(chǎn)生的表面粗糙度對管材疲勞壽命的影響不明顯。因此選用120#或以上的砂紙可實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的疲勞壽命。
[0024]本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是建立上述曲線關(guān)系，可得到不同砂紙目數(shù)對管材疲勞壽命的影響，可確定采用何種砂紙對管材疲勞壽命最有利。另外，通過對管材表面非焊接處進(jìn)行噴丸處理，以確保疲勞斷裂在管材的有效工作段，從而實(shí)現(xiàn)對同截面管材進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的可形性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高溫合金薄壁焊接管材的疲勞試驗(yàn)件的制備方法，所述高溫合金薄壁管材的壁厚< 1mm，所述高溫合金薄壁管材的制造按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T28295-2012完成，其特征在于:該方法的步驟如下: 步驟一、采用對接的方式，通過手工鎢極氬弧焊焊接高溫合金管材的疲勞試驗(yàn)件，焊接時，采用T形環(huán)代替焊絲進(jìn)行焊接，疲勞試驗(yàn)件的長度為200mm?220mm，疲勞試驗(yàn)件的焊縫區(qū)位于試驗(yàn)件的中間位置，焊縫區(qū)的寬度為3_，疲勞試驗(yàn)件需經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)，檢測按照標(biāo)準(zhǔn) GB/T28295-2012 完成； 步驟二、制作4件疲勞試驗(yàn)件，采用不同目數(shù)的砂紙對疲勞試驗(yàn)件的焊縫區(qū)進(jìn)行拋光處理，一種目數(shù)的砂紙對應(yīng)一個疲勞試驗(yàn)件，砂紙的目數(shù)分別為80#、100#、120#、180#，拋光后測試疲勞試驗(yàn)件焊縫區(qū)的表面粗糙度； 步驟三、參照HB/Z 26-2011中對航空零件噴丸強(qiáng)化工藝的規(guī)定，對疲勞試驗(yàn)件焊縫區(qū)以外的管材表面進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，噴嘴距離試驗(yàn)件管材表面200mm ; 步驟四、按照金屬力學(xué)性能試樣標(biāo)準(zhǔn)Q/6S 977-91，加工用于疲勞試驗(yàn)的管材塞子，管材塞子塞入疲勞試驗(yàn)件的兩端，管材塞子塞入后不應(yīng)松動或使管材變形； 步驟五、用疲勞試驗(yàn)機(jī)夾頭夾持住疲勞試驗(yàn)件兩端，并不使管材變形，進(jìn)行高周疲勞性能測試，疲勞試驗(yàn)機(jī)為液壓疲勞試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)時的應(yīng)力比為R = 0.1的拉拉疲勞，控制外加應(yīng)力，使循環(huán)周次達(dá)到15以上，記錄每個疲勞試驗(yàn)件的高周疲勞壽命，并繪制相同外加應(yīng)力下砂紙的目數(shù)與疲勞試驗(yàn)件高周疲勞壽命的曲線關(guān)系。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫合金薄壁焊接管材的疲勞試驗(yàn)件的制備方法，該發(fā)明方法采用手工鎢極氬弧焊焊接高溫合金薄壁管材，采用不同目數(shù)的砂紙打磨管材表面，制造不同表面粗糙度的管材，制作管材疲勞實(shí)驗(yàn)的塞子，對管材非焊縫區(qū)域進(jìn)行噴丸處理，確保疲勞斷裂在管材的有效工作段，并通過建立砂紙的目數(shù)與和疲勞壽命的關(guān)系曲線，得到不同砂紙目數(shù)對管材疲勞壽命的影響，可確定采用何種砂紙對管材疲勞壽命最有利。另外，通過對管材表面非焊接處進(jìn)行噴丸處理，以確保疲勞斷裂在管材的有效工作段，從而實(shí)現(xiàn)對等截面管材進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的可形性。
【IPC分類】B23P15/00, G01N3/10
【公開號】CN105149880
【申請?zhí)枴緾N201510591512
【發(fā)明人】顧玉麗, 陶春虎, 劉昌奎
【申請人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月16日