CN105149880A - 一种高温合金薄壁焊接管材的疲劳试验件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温合金薄壁焊接管材的疲劳试验件的制备方法，该发明方法采用手工钨极氩弧焊焊接高温合金薄壁管材，采用不同目数的砂纸打磨管材表面，制造不同表面粗糙度的管材，制作管材疲劳实验的塞子，对管材非焊缝区域进行喷丸处理，确保疲劳断裂在管材的有效工作段，并通过建立砂纸的目数与和疲劳寿命的关系曲线，得到不同砂纸目数对管材疲劳寿命的影响，可确定采用何种砂纸对管材疲劳寿命最有利。另外，通过对管材表面非焊接处进行喷丸处理，以确保疲劳断裂在管材的有效工作段，从而实现对等截面管材进行疲劳试验的可形性。

Description

一种高温合金薄壁焊接管材的疲劳试验件的制备方法
技术领域
本发明是一种高温合金薄壁焊接管材的疲劳试验件的制备方法，属于测量测试技术领域。
背景技术
随着航空发动机工作温度的提高，为了提高燃油效率和燃油的温度，因此迫切需要开发新的，能够在更高温度下使用的燃油导管。变形高温合金其优异的综合性能适合用于制作先进航空发动机的油路导管。为了航空发动机的轻质化和安装的便捷，许多导管采用焊接的方式进行连接，钨极氩弧焊是适用于高温合金管材焊接的便捷且工程化的工艺方法，钨极氩弧焊由于热输入较低，特别适合于一些热敏感的金属材料薄板、超薄板构件，也用于薄壁管子的全位置焊接。手工钨极氩弧焊可便捷有效地进行高温合金薄壁管材的焊接。统计表明，发动机焊接导管断裂主要以疲劳损伤为主，高温合金管材焊接后的疲劳失效的模拟试验尤为重要，对等截面的高温合金焊接管材的疲劳试验还处于摸索阶段，特别是，管材在焊接后需要对其焊接部位进行抛光处理，目前对管材焊接表面如何进行抛光处理以及产生不同粗糙度后对其疲劳寿命的影响未见详细的报道。
发明内容
本发明正是针对上述工程背景和现有技术中存在的不足而提出了一种高温合金薄壁焊接管材的疲劳试验件的制备方法，其目的是为高温合金薄壁管材的焊接后的疲劳实验提供可行的设计和综合测试方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种高温合金薄壁管材的疲劳试验件的制备方法，所述高温合金薄壁管材的壁厚≤1mm，所述高温合金薄壁管材的制造按照标准GB/T28295-2012完成，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、采用对接的方式，通过手工钨极氩弧焊焊接高温合金管材的疲劳试验件，焊接时，采用T形环代替焊丝进行焊接，疲劳试验件的长度为200mm～220mm，疲劳试验件的焊缝区位于试验件的中间位置，焊缝区的宽度为3mm，疲劳试验件需经过质量检验，检测按照标准GB/T28295-2012完成；
钨极氩弧焊由于热输入较低，特别适合于一些热敏感的金属材料薄板、超薄板构件，也用于薄壁管子的全位置焊接。手工钨极氩弧焊可便捷有效地进行高温合金薄壁管材的焊接；
步骤二、制作4件疲劳试验件，采用不同目数的砂纸对疲劳试验件的焊缝区进行抛光处理，一种目数的砂纸对应一个疲劳试验件，砂纸的目数分别为80#、100#、120#、180#，抛光后测试疲劳试验件焊缝区的表面粗糙度；
管材表面粗糙度越小，疲劳寿命越长，反之表面越粗糙，疲劳寿命越短，在疲劳环境中使用的管材对其进行表面抛光处理，以减小表面粗糙度使其表面光滑，通过采用不同目数的砂纸对管材表面进行打磨，并进行其表面粗糙度和疲劳寿命的测试，可建立砂纸的目数与管材疲劳寿命的关系曲线。
步骤三、参照HB/Z26-2011中对航空零件喷丸强化工艺的规定，对疲劳试验件焊缝区以外的管材表面进行喷丸强化，喷嘴距离试验件管材表面200mm；
步骤四、按照金属力学性能试样标准Q/6S977-91，加工用于疲劳试验的管材塞子，管材塞子塞入疲劳试验件的两端，管材塞子塞入后不应松动或使管材变形；
步骤五、用疲劳试验机夹头夹持住疲劳试验件两端，并不使管材变形，进行高周疲劳性能测试，疲劳试验机为液压疲劳试验机，试验时的应力比为R＝0.1的拉拉疲劳，控制外加应力，使循环周次达到105以上，记录每个疲劳试验件的高周疲劳寿命，并绘制相同外加应力下砂纸的目数与疲劳试验件高周疲劳寿命的曲线关系。
该发明方法采用手工钨极氩弧焊焊接高温合金薄壁管材，采用不同目数的砂纸打磨管材表面，制造不同表面粗糙度的管材，制作管材疲劳实验的塞子，对管材非焊缝区域进行喷丸处理，确保疲劳断裂在管材的有效工作段。
发动机焊接管材的失效形式主要是以疲劳损伤为主，高温合金管材适合作为在高温下使用的发动机焊接管材，其疲劳失效的模拟试验尤为重要。对于管材疲劳试验件的制备方法的研究可得知发动机在工作环境下的疲劳性能。本发明技术方案通过采用不同目数的砂纸打磨管材焊缝表面，可改变其粗糙度，从而建立高温合金薄壁焊接管材表面状态的定量评估方法，设计薄壁管材疲劳实验所需的塞子，在管材非焊接处进行喷丸处理，可强化管材母材，确保疲劳断裂在管材焊缝处，可达到有效评估焊缝疲劳失效的目的。该发明技术方案可便捷地实现焊缝表面不同粗糙度，并可实现对等截面管材进行疲劳试验的可形性。
附图说明
图1为实施例中的砂纸的目数与疲劳试验件高周疲劳寿命的关系曲线
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
采用本发明方法制备GH625高温合金管材的疲劳试验件，GH625高温合金管材的壁厚为1mm，GH625高温合金薄壁管材的制造按照标准GB/T28295-2012完成，制备方法的步骤如下：
步骤一、采用对接的方式，通过手工钨极氩弧焊焊接GH625高温合金管材的疲劳试验件，焊接时，采用T形环代替焊丝进行焊接，T形环的尺寸和形状按照专利CN201760713U公开的方法进行加工，疲劳试验件的外径为14mm，焊接电流为19～25A，焊接电压为9～13V，疲劳试验件的长度为200mm～220mm，疲劳试验件的焊缝区位于试验件的中间位置，焊缝区的宽度为3mm，疲劳试验件需经过质量检验，检测参照标准HB5456-90完成，其中，气密性检测采用的压力为0.35MPa，保压时间为5分钟，液压检测采用的压力为42MPa，保压5min，力学性能试验主要是拉伸试验，要求其拉伸强度不低于母材技术条件规定的强度极限下限值的90％，金相试验主要检查管材的热影响区、焊缝和母材的组织中有无明显聚集的气孔类缺陷；
步骤二、制作4件疲劳试验件，采用不同目数的砂纸对疲劳试验件的焊缝区进行抛光处理，一种目数的砂纸对应一个疲劳试验件，砂纸的目数分别为80#、100#、120#、180#，抛光后测试疲劳试验件焊缝区的表面粗糙度；
步骤三、参照HB/Z26-2011中对航空零件喷丸强化工艺的规定，对疲劳试验件焊缝区以外的管材表面进行喷丸强化，喷嘴距离试验件管材表面200mm；变形高温合金GH625的喷丸强度为0.18A，覆盖率大于100％
步骤四、按照金属力学性能试样标准Q/6S977-91，加工用于疲劳试验的管材塞子，管材塞子塞入疲劳试验件的两端，塞子起到支撑疲劳试验件的管材的作用，避免疲劳试验机的夹头导致管材的变形；
步骤五、用疲劳试验机夹头夹持住疲劳试验件两端，并不使管材变形，进行高周疲劳性能测试，疲劳试验机为液压疲劳试验机，试验时的应力比为R＝0.1的拉拉疲劳，控制外加应力，使循环周次达到105以上，记录每个疲劳试验件的高周疲劳寿命，并绘制相同外加应力下砂纸的目数与疲劳试验件高周疲劳寿命的曲线关系。参见附图1所示。
通过附图1中的曲线关系可以看出，随着砂纸目数的增加，即管材表面粗糙度的降低，管材的高周疲劳寿命逐渐提高，80#砂纸抛光管材表面后的疲劳寿命最低，180#砂纸抛光管材表面后的疲劳寿命最高，120#与180#砂纸抛光管材表面后的疲劳寿命相近，可以看出，当砂纸目数达到一定程度时，砂纸目数产生的表面粗糙度对管材疲劳寿命的影响不明显。因此选用120#或以上的砂纸可实现较优的疲劳寿命。
本发明技术方案的优点是建立上述曲线关系，可得到不同砂纸目数对管材疲劳寿命的影响，可确定采用何种砂纸对管材疲劳寿命最有利。另外，通过对管材表面非焊接处进行喷丸处理，以确保疲劳断裂在管材的有效工作段，从而实现对同截面管材进行疲劳试验的可形性。

Claims (1)

1.一种高温合金薄壁焊接管材的疲劳试验件的制备方法，所述高温合金薄壁管材的壁厚≤1mm，所述高温合金薄壁管材的制造按照标准GB/T28295-2012完成，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、采用对接的方式，通过手工钨极氩弧焊焊接高温合金管材的疲劳试验件，焊接时，采用T形环代替焊丝进行焊接，疲劳试验件的长度为200mm～220mm，疲劳试验件的焊缝区位于试验件的中间位置，焊缝区的宽度为3mm，疲劳试验件需经过质量检验，检测按照标准GB/T28295-2012完成；
步骤二、制作4件疲劳试验件，采用不同目数的砂纸对疲劳试验件的焊缝区进行抛光处理，一种目数的砂纸对应一个疲劳试验件，砂纸的目数分别为80#、100#、120#、180#，抛光后测试疲劳试验件焊缝区的表面粗糙度；
步骤三、参照HB/Z26-2011中对航空零件喷丸强化工艺的规定，对疲劳试验件焊缝区以外的管材表面进行喷丸强化，喷嘴距离试验件管材表面200mm；
步骤四、按照金属力学性能试样标准Q/6S977-91，加工用于疲劳试验的管材塞子，管材塞子塞入疲劳试验件的两端，管材塞子塞入后不应松动或使管材变形；
步骤五、用疲劳试验机夹头夹持住疲劳试验件两端，并不使管材变形，进行高周疲劳性能测试，疲劳试验机为液压疲劳试验机，试验时的应力比为R＝0.1的拉拉疲劳，控制外加应力，使循环周次达到105以上，记录每个疲劳试验件的高周疲劳寿命，并绘制相同外加应力下砂纸的目数与疲劳试验件高周疲劳寿命的曲线关系。
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