[实用新型]具有高疲劳寿命的新型十字焊接接头

说明书

技术领域

    本实用新型涉及焊接领域，特别涉及一种具有高疲劳寿命的新型十字焊接接头。

背景技术

 焊接是伴随着钢铁等金属材料的冶炼及各种热源的应用而产生的，春秋战国时期就已经出现采用钎焊连接而成的大型焊接结构件。进入20世纪，随着各种焊接材料及焊接方法的产生，焊接已经广泛应用于复杂金属结构、异种材料之间的连接。我国45%以上的钢铁产量都应用于焊接结构中，工业水平发达的国家这一比例更高。随着焊接结构的广泛应用，不断发生焊接结构的疲劳断裂事故。在国外，80年代日本的Alexan-derkeyland号钻井平台因疲劳失效在北海翻沉。在国内，90年代的高速列车转向架经常发生疲劳断裂失效，给国家造成了巨大的经济损失和安全隐患。

构成焊接结构的焊接接头焊趾部位存在的应力集中、焊接残余拉应力和各种焊接缺陷的联合作用是焊接结构疲劳断裂事故多发的主要原因。鉴于焊接接头为薄弱环节，在各种标准及规范制定时不再采用基本金属的疲劳数据作为整体结构强度的校核指标，这样会造成材料的大量浪费，同时也增加了制造周期和成本，即使以焊接接头作为疲劳强度的校核指标，在接头局部应力集中作用下仍然会发生整体结构的过早疲劳失效。因此，提高焊接接头疲劳强度一直都是国际相关专家研究的热点。针对焊接接头焊趾处疲劳裂纹的起裂性能，专家学者们主要从以下两个方面来寻求改善措施：

(1) 改善焊缝的几何外形，增加焊趾处的过渡半径，降低焊趾部位的应力集中，如TIG熔修和焊趾打磨。

(2) 调整焊接接头表层的残余应力场，降低焊趾部位的残余拉应力，甚至转变为残余压缩应力，如Shot blasting和Hammering method。

这些改善焊接接头疲劳强度的方法和措施使用的场合和方式各不相同，具有各自的优点，但都不同程度的提高了焊接接头的疲劳性能。上述各种方法虽然都在一定程度上提高了焊接接头的疲劳性能，然而都存在一定的问题。TIG熔修通过氩弧调整接头焊趾处的形状容易导致该位置的强度降低；Weld grinding也存在强度降低的问题；过载和挤压法容易引起非焊接接头部位材料力学性能的变化；局部加热和喷丸法等工艺流程复杂；锤击法噪音严重等；超声冲击法因其不能较大程度的改变焊缝表面的几何外形而使得焊接接头表层形成的残余压应力极容易因载荷的突变而释放，即无法保证残余压缩应力自始至终在焊接接头表层存在；低相变点焊条(Low Transformation Temperature Welding Electrode, LTTE)法在焊趾处形成了较大的残余压缩应力，但是焊条的制备过程复杂、费用高、效率较低，同时通过焊条也不能较大程度的改善焊趾处的几何外形。低相变点喷涂法采用低相变点合金粉末代替低相变点焊条直接喷射于十字焊接接头表层可以获得较好的几何外形，同时在焊趾处形成了较大的残余压缩应力，有效提高了焊接接头的疲劳强度。然而这种提高仅限于高周疲劳，低周疲劳时会因喷涂层较脆以及喷涂层与基体间较弱的结合力而导致涂层与基体焊缝剥离，反而降低结构件的疲劳寿命。为此，寻求一种既能改变焊趾处的几何外形，又能在焊趾处产生残余压缩应力的新型十字焊接接头具有重要的现实意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有高疲劳寿命的新型十字焊接接头，解决了现有技术存在的上述问题及常规十字焊接接头疲劳性能较弱的缺点。本实用新型既能降低焊趾处的应力集中又能在焊趾表层形成残余压缩应力，同时接头整体力学性能增强。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

具有高疲劳寿命的新型十字焊接接头，在接头基体1的表面设置金属粉末喷焊涂层2，其中，焊趾部位3的金属粉末喷焊涂层2的厚度为2~5mm，接头基体1表面的金属粉末喷焊涂层2的厚度为0~2mm。

所述的金属粉末喷焊涂层2的外表面为圆滑弧形过渡外形4。