下载文档原格式
板厚为12mm的Q235钢板采用焊条电弧焊的焊接工艺评定1、母材材质及技术情况Q235，常作为在锅炉压力容器用钢。
Q235属于低碳锰钢。
C E=0.34﹪-0.49﹪。
焊接性能良好。
1.1.材质性能分析（1）化学性能分析：表1表1Q235钢化学成分(%)（2）力学性能分析：表2表2Q235 力学成分Q235含碳量<2.5%.碳当量C E=0.34﹪-0.49﹪，焊接性能良好，焊接时一般不需要预热，但环境温度较低（<-10℃）要进行适当的预热。
焊后根据具体情况进行焊后热处理。
二、焊接材料及技术情况JB/T4709-2007中规定焊接材料包括：焊条，焊丝，焊带，气体，电极等。
由于焊接方法为SMAW。
因此只需要选择焊条即可。
根据母材的成分，力学性能等选择焊接材料。
由于Q235 的σb≥510σs≥345，可选择焊条J422（E4013）,J507(E5015)。
因为选择焊条一方面要与母材等强度如表3所示，另一方面还要考虑焊接工艺性如：引弧的难易，脱渣性，成形性，稳弧性，及除氧，除氢，去硫，去磷等能力。
综合考虑后选择J507(E5015)焊条。
此焊条由大桥焊条厂生产。
表3 E5015焊条熔敷金属的力学成分三、焊前准备1.坡口的选择与制备(1)坡口的选择：由于板厚为12mm,焊接方法为SMAW等焊接条件.选择V形坡口。
(2)坡口制备方法：应根据工件尺寸，形状，加工条件综合考虑。
目前有剪切，气割，刨边，车削，碳弧气刨等方法制备坡口。
考虑到坡口形式，加工质量和成本，选择气割加工坡口。
焊接坡口要求：间隙b=2-3mm，钝边P=2/mm，坡口角度60°+22.焊接区域的清理(1)焊前对坡口及附近10mm的油，锈，水等污物清理干净。
E5015焊接时清理要彻底。
否则极易产生气孔和裂纹。
(2)清理方法：①机械清理 a.钢丝刷 b.砂轮磨 c.喷丸处理②化学法 a.汽油除油 b。
酸除氧化皮 c.碱除油③必要时用氧-乙炔焰烘烤处理。
附件2：钢结构检测技术人员现场操作考核一次性规定一、考核项目和检验方法考核项目：钢结构焊缝超声波探伤检测。
检测标准：GB/T 11345-1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》。
二、试板规格试板厚度为16-30mm，长度（焊缝）：250-300mm;V型坡口，材质：Q235三、考核前的实施过程及仪器准备每个参加考核的各检测机构人员进行现场检测时需自行准备以下仪器设备：1、超声波探伤仪1台，应满足GB/T 11345-1989第5条要求的A型显示脉冲反射式探伤仪，仪器检定合格且处于有效期内（数字机、模拟机均可）。
2、根据试板厚度准备适合的探头，钢直尺或钢卷尺1把。
3、提前根据GB/T 11345-1989制作好各探头的距离-波幅曲线，并满足30mm板厚的直射法及一次反射法检测要求，表面补偿值统一设定为4dB。
四、检测准备本次能力比对采用GB/T11345-1989标准B级检验，合格级别为Ⅲ级，现场备有标中的CKS-ⅠB、RB-3试块提供使用，检测时间30分钟，报告时间15分钟，可以带该次检测使用的标准,可事先依据标准制作好距离-波幅曲线。
各位检测人员须分别携带需要的文具。
五、检测实施1、本次现场操作考核的试板共25件，板厚16mm-30mm, 焊缝长度250-300mm,每人在检测前随机抽取试板；2、考生应独立进行检测和报告编写；3、本次考试主要了解各检测实验人员的现场检测的实际能力，对于缺陷定量、定位要准确。
表1：试件编号焊缝4、依据GB∕T11345-1989和超声波检测操作细则对试样采用单面双侧进行检验，每块焊缝试样的检测时间不得超过30分钟；每个盲样1到3个缺陷不等。
5、试板焊缝缺陷的记录要求：需在示意图中标明缺陷的基本情况:0为焊缝的起始位置，X （X1，X2....）为0点至缺陷起点距离，L （L1，L2....）为缺陷长度,精确到1mm 。
表2： 试件编号焊缝缺陷X L XL 缺陷原始记录中需要记录每处缺陷距离焊缝边界的起始位置X （mm ）、缺陷长度L （mm ）、缺陷最大深度H （mm ）、缺陷最大反射波幅（dB ）。
Q235普通碳素钢与16MnR低合金钢的焊接性研究摘要：通过了解Q235普通碳素钢与16MnR低合金钢的性能及用途，研究两种钢材的焊接性，以及异种钢焊接的注意事项，针对焊接结构件在不同工作条件不同用途的不同要求，避免在焊接过程中可能出现的焊接应力及焊缝接头区组织不均匀的问题，根据Q235普通碳素钢与16MnR低合金钢焊接的实例分析和试验结果，阐述Q235普通碳素钢与16MnR低合金钢焊接结构，在选择焊缝金属填充材料时的方法。
关键词：异种金属；焊接；母材金属；填充金属；一、Q235普通碳素钢与16MnR低合金钢的焊接性1、Q235普通碳素钢的化学成分，基本性能，应用Q235普通碳素钢含碳量约为0.2%，这种钢容易冶炼，工艺性好，价格低廉。
Q代表的是这种材质的屈服强度，后面的235就是指这种材质的屈服值在235MPa左右。
由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。
常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。
大量应用于建筑及工程结构。
用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。
C、D级钢还可作某些专业用钢使用。
Q235按化学成分：分为A、B、C、D四级（见表1）表1 Q235碳素钢的化学成分（质量分数%）就其脱氧方法而言，可以采用F,b,z分别表示为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢。
沸腾钢是脱氧不完全的钢，塑性和韧性较差。
用这种材料制成的焊接结构，受动力载荷作用时接头容易出现裂缝。
不宜在低温下工作，有时会产生硬化现象。
相比之下，镇静钢质优而匀，塑性和韧性都好。
2、16MnR低合金钢的化学成分，基本性能，应用；16MnR属低合金系列，在低合金的材质里，此种材质为最普通的。
与16Mn低合金钢相比16MnR降低了S、P含量。
16MnR是在碳素钢的基础上加入一定的合金元素所构成,低合金钢中的合金元素一般不超过5%，以提高钢的强度并保证其具有一定的塑性和韧性。
焊接接头疲劳试验标准引言在机械工程领域，焊接接头疲劳试验是评估焊接接头的耐久性能和寿命的重要手段。
疲劳试验的标准化有助于确保焊接接头在实际工作条件下的可靠性和安全性。
本文将探讨焊接接头疲劳试验标准的相关内容，包括试验目的、试验方法、试验参数以及试验结果的评估。
试验目的焊接接头疲劳试验的目的是模拟实际工作条件下焊接接头的疲劳行为，并评估其在长期使用过程中的可靠性和寿命。
通过试验可以确定焊接接头的疲劳极限、疲劳寿命以及疲劳性能的变化规律，为设计和使用提供可靠依据。
试验方法焊接接头疲劳试验可以采用循环试验或振动试验的方法进行。
循环试验是将焊接接头安装在试验机上，施加加载，然后进行循环加载和卸载，以模拟实际工作条件下的疲劳载荷。
振动试验则是利用振动台或振动机对焊接接头进行振动，以模拟实际工作条件下的振动载荷。
在进行焊接接头疲劳试验时，需要严格控制试验参数，包括加载幅值、加载频率、试验温度等。
这些参数应根据实际使用条件来确定，并按照标准要求进行监测和记录。
试验过程中还需要对焊接接头进行可视化观察和检查，以评估其疲劳损伤的形态和程度。
试验参数焊接接头疲劳试验的参数主要包括加载幅值、加载频率、试验温度等。
加载幅值是指施加在焊接接头上的载荷大小，它直接影响着接头的疲劳损伤程度和寿命。
加载频率则是指在单位时间内施加的载荷次数，它反映了焊接接头所承受的循环加载的快慢程度。
试验温度是指试验环境的温度条件，它对接头材料的力学性能和疲劳寿命都有一定的影响。
在确定这些参数时，需要参考相关的国际标准或行业规范。
例如，加载幅值可以根据焊接接头的设计载荷和安全系数来确定，加载频率可以根据实际使用条件和预估的循环次数来选择，试验温度可以根据工作环境的温度范围来设定。
试验结果评估焊接接头疲劳试验结束后，需要对试验结果进行评估和分析。
主要的评估指标包括疲劳寿命、疲劳极限和疲劳损伤形态。
疲劳寿命是指焊接接头在特定加载条件下承受的循环次数，疲劳极限是指焊接接头在无限循环次数下承受的最大载荷。
超声疲劳试验检测项目
超声疲劳试验检测项目是一种用于评估材料或结构在长期使用过程中是否存在疲劳破坏的方法。
这种试验方法基于超声波的传播特性和材料的疲劳性能，通过施加不同的载荷和频率来模拟实际使用条件下的疲劳损伤。
在超声疲劳试验中，首先需要准备待测材料样品，并将其固定在试验设备上。
然后，通过超声波发射器向样品中传播超声波信号，观察并记录材料的声波反射、透射和散射情况。
根据不同载荷和频率下的声波响应特征，可以获得材料的疲劳性能指标。
通过超声疲劳试验，可以评估材料在长期使用过程中的耐久性和安全性。
这对于一些关键性结构材料，如航空航天材料、汽车零部件等具有重要意义。
通过分析试验数据，可以确定材料的疲劳寿命，预测其在实际使用过程中的可靠性，并为材料的设计和选用提供依据。
在超声疲劳试验中，需要注意一些关键问题。
首先是试验参数的选择，包括载荷大小、频率范围等。
这些参数应该能够充分反映实际使用条件，并保证试验结果的准确性和可靠性。
其次是样品的制备和固定，应该避免引入额外的应力和损伤。
此外，还需要注意试验环境的控制，包括温度、湿度等因素的影响。
超声疲劳试验是一种可靠有效的材料疲劳性能评估方法。
通过该方
法可以获得材料的疲劳特性和可靠性信息，为材料的设计和使用提供科学依据。
在未来的研究中，我们可以进一步完善试验方法和分析技术，提高试验效率和准确性，以满足不断发展的材料科学和工程需求。
45#钢与Q235焊接焊接接头组织性能分析XXXX（XXXXX）（swjtu材料学院成型一班）摘要：焊缝组织性能和母材有所区别，选择45#钢与Q235焊接接头作为研究对象，进行手工焊后取样，通过研究硬度分布情况和焊缝、热影响区以及母材的金相组织的变化，分析所需要的结果。
关键词：硬度分布45#钢与Q235接头组织性能焊缝及热影响区的显微组织是评价焊接接头质量的重要指标之一。
焊接金相检验的目的，一方面是为了检验焊接接头的质量是否符合有关标准的规定；另一方面是通过对一些焊接接头的进行分析鉴别金相组织各区域的缺陷的分布、性质，从而判定缺陷产生的原因，45#钢与Q235焊接在定位构件等制造中有重要的应用。
一、实验材料和方法：1.1实验材料：焊接使用的材料为45#钢与Q235钢焊接接头试样1.2.1金相组织观察取焊接接头试样经240#、600#、800#、1000#、1200#、1500#水磨砂纸打磨后抛光，抛光至无划痕，用4%硝酸酒精试剂腐蚀，用光学显微镜对制备好金相试样进行组织观察与分析。
1.2.2显微硬度测试试样截取方位，数量及方法按《GB/T2649—81焊接接头机械性能试验取样方法》规定。
截取的样坯应包括焊接接头的所有区域。
试样表面必须与支撑面相互平行，表面粗糙度应符合相应硬度测试法《GB/T4340.1—2009金属材料维氏硬度试验》的规定。
本次试验采用的是HVA-10A型小负荷维氏硬度计和HVS-30型数显维氏硬度计。
本实验中硬度试样为45#钢与Q235焊接焊接接头，硬度点沿垂直于焊缝方向分布，硬度取样点可垂直于焊缝，每个0.5mm测1点，离焊缝较远后可距离大些（母材），2mm 测1点。
2试验结果2.1 金相试验结果45#与Q235焊接接头的金相组织见图1所示。
(a) (b) (c)(a)45#母材组织（b）45#热影响区组织（c）焊缝组织(d)Q235母材组织图1（a）中为为45#母材的金相组织，为大块区珠光体与块状多面体晶粒铁素体混合分布。
提高焊接接头疲劳强度的超声波冲击法通常采用打磨焊趾的方法来改善焊接接头的疲劳强度，而使用超声波冲击焊趾来提高焊接接头及结构的疲劳强度，是一种国际上刚刚出现的新方法。
本文研制成功了一种基于压电陶瓷换能器的新型超声冲击试验装置。
实际使用过程表明：其执行机构体积小、重量轻、噪音极小、耗能低、使用灵活方便，易于实施。
利用该设备,采用Q235钢进行了冲击处理效果的验证性对比疲劳试验。
试验结果表明：超声冲击方法对焊接接头疲劳强度的改善效果十分明显，能够提高疲劳寿命20～30倍以上，极具实用价值。
同时发现，超声冲击处理能够有效地消除焊趾处浅层裂纹、夹渣等焊接缺陷，该作用也是其提高焊接接头疲劳强度的原因之一。
0 序言疲劳断裂是金属结构失效的主要形式。
尤其是一些受动载严重的重要结构。
因此,在焊接结构制造过程中或完成后,采取有效的工艺措施,提高它们的疲劳强度意义重大。
大量研究和实践表明［1,2］，焊接接头的疲劳破坏一般起裂于焊接接头的焊趾部位。
如果能改善焊趾处疲劳裂纹的起裂性能，将有效地提高焊接结构的疲劳强度。
相关方法很多，如TIG熔修法、机械打磨焊趾法、爆炸法、喷丸法、过载法、局部压延法、局部加热法、锤击法。
但这些方法有的仍停留在实验室阶段。
目前应用较多的是普通捶击法和TIG熔修法和喷丸法。
但TIG熔修法施工工艺复杂，工艺不当反而会造成副作用。
这种方法需要保护气体,因此露天采用气体保护难以保证，应用受到一定限制。
喷丸法是实际应用较多的一种。
但这种方法也存在着噪声大、设备庞大，一次投资量大、耗电量大，不利于节能、不能方便地移动作业、野外施工困难。
由于丸粒反弹，存在安全防护问题，且丸粒需要回收清理。
捶击法效率低、劳动强度大、可控性差、效果不稳定；噪声也大，故而,如何改善焊接接头疲劳性能仍需大量研究。
用超声波冲击的方法来提高焊接接头及结构疲劳强度的研究，在国际上刚刚开始。
该方法提高疲劳强度的机理与锤击和喷丸基本一致。
但执行机构轻巧，可控性好，使用灵活方便、噪音极小、效率高、应用时受限少，适用于各种接头、成本低而且节能，是一种理想的焊后改善焊接接头疲劳性能的措施。
毕业论文题目：Q235钢厚钢板焊后热处理工艺及组织性能分析学院：机械工程学院专业：材料成型及控制工程班级：0802学号200802050224 学生姓名：张博涵导师姓名：马红亮彭小敏完成时间： 2012年6月20日诚信声明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名：日期：年月日毕业设计（论文）任务书题目： Q235钢厚钢板焊后热处理工艺及组织性能分析姓名张博涵学院机械工程学院专业材料成型班级 0802 学号 200802050224 指导老师马红亮彭小敏职称讲师教研室主任李东锋一、基本任务及要求：1. 查阅与本课题相关的文献资料及相关手册，了解焊后热处理的作用及其对焊缝组织性能的影响并归纳焊后热处理工艺确定原则，了解Q235钢组织性能特点、特别是焊接性能特点及Q235钢的应用，撰写文献综述；2. 设计确定Q235钢厚板焊后热处理工艺3. 对经不同热处理制度后，Q235钢焊件组织性能进行分析，评估热处理工艺，分析原因，获得优化后最佳工艺；二、进度安排及完成时间：1. 3月1日～3月30日，查阅资料、撰写文献综述和开题报告；2. 4月1日～4月6日，课题调研、资料收集、方案设计；3. 4月7日～5月1日，试验研究及结果分析；4. 5月2日～5月22日，撰写毕业论文；5. 5月23日～6月5日，将毕业论文送指导老师审阅、评阅老师评阅；6. 6月7日～6月15日，毕业论文答辩和资料整理。
目录摘要 (I)Abstract: (II)第1章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2课题的研究背景 (1)1.3课题的研究内容 (2)1.3.1厚钢板的焊接技术 (2)1.3.2焊后热处理技术 (4)1.3.3金相显微分析 (5)1.3.4硬度测试 (5)1.3.5力学性能分析 (6)1.4课题的目的和意义 (6)第2章实验设备及实验方法 (7)2.1实验设备介绍 (7)2.2实验过程及方法 (12)2.2.1实验流程图 (12)2.2.2 Q235厚板焊接实验过程 (12)2.2.3焊后热处理工艺 (14)2.2.4金相显微组织观察 (14)2.2.5硬度测试 (16)2.2.6力学性能测试 (18)第3章实验结果与分析 (20)3.1 Q235厚钢板焊接结果与分析 (20)3.2 Q235厚钢板金相组织结果与分析 (21)3.3 Q235厚钢板硬度测试结果与分析 (24)3.4 Q235厚钢板拉伸试验结果与分析 (25)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (28)Q235钢厚钢板焊后热处理工艺及组织性能分析摘要：本文以Q235厚钢板为研究对象，采用手工电弧焊焊接方法进行焊接，通过对Q235厚钢板的焊后热处理，初步探讨其工艺过程，采用去应力退火热处理工艺，目的是消除焊后残余应力的影响。
Q235-B钢（板厚14mm）焊条电弧焊焊接工艺评定及厚大工件焊接工艺焊接工艺指导书焊接工艺指导书单位名称安徽机电职业技术学院焊接工艺指导书编号04 日期2013/10/22 焊接工艺评定编号WPS-04焊接方法手工电弧焊机械化程度手动焊接接头：对接接头坡口形式V型衬垫（材料及规格）焊缝金属其他坡口机加工简图：母材：类别号Ⅰ组别号Ⅰ-1 与类别号Ⅰ组别号Ⅰ-1 相焊标准号GB/T3274 钢号Q235-B 与标准号GB/T3274 钢号Q235-B 相焊厚度范围：母材：对接焊缝10.5-21 角焊缝不限管子直径、壁厚范围：对接焊缝10.5-21角焊缝不限焊缝金属厚度范围：对接焊缝\角焊缝不限其他0-21mm焊接材料：焊材类别焊条焊剂焊材标准GB/T5117 GB/T5293-1999填充金属尺寸Φ3.2mm φ4.0mm焊材型号E4315焊材牌号J427其他焊条烘干温度350-400℃耐蚀堆焊金属化学成分（％）C Si Mn P S Mo V0.12~0.20 ≤0.30 0.32~0.65 ≤0.045 ≤0.05 \ \其他：焊接工艺评定报告单位名称：安徽机电职业技术学院焊接工艺评定编号：WPS-04 焊接工艺指导书编号：WPS-04焊接方法：SMA W 机械化程度：手工接头简图：母材：材料标准：GB/T3274钢号：Q235-B类、组别号：Ⅰ-1-1 与类、组别号：Ⅰ-1-1 相焊厚度：14mm直径：其他：焊后热处理：热处理温度（℃）：\保温时间（h）：\保护气体：气体种类混合比流量（L/min）保护气体\\\尾部保护气体\\\背面保护气体\\\填充金属：焊材标准：GB/5117焊材牌号：E4315焊材规格：Φ3.2mm φ4.0mm 焊缝金属厚度：<14mm其他：\电特性：电流种类：直流极性：反极性钨极尺寸：\焊接电流（A）：110-180 电弧电压（V）：23-27其他：\焊接位置：对接焊缝位置：\ 方向角焊缝位置：\ 方向技术措施：焊接速度（cm/min）：15-17厚大工件焊接工艺一，母材技术要求：1、钢种：Q235—B钢。
焊接接头疲劳试验标准焊接接头疲劳试验标准是衡量焊接接头质量的一项重要指标，对保障焊接接头的安全性和持久性具有重要意义。
下面将从试验标准的制定、试验步骤及结果判定方面进行阐述。
一、试验标准的制定焊接接头疲劳试验标准是由国家或行业标准化组织制定的，通过规范试验方法、试验参数等方面的要求，确保试验结果的准确性和可比性。
在制定试验标准时，应该考虑不同材料和结构的特点以及试验负载的实际情况，以制定出适用于各种情况的试验标准。
二、试验步骤焊接接头疲劳试验的步骤主要包括试验样品制备、试验装置搭建、试验参数设定、疲劳循环加载及数据采集等几个方面。
具体步骤如下：1.试验样品的制备：按照试验标准要求制备试验样品，并对试样进行表面处理和几何尺寸测量等前置检查。
2.试验装置的搭建：根据试验标准制定相应的试验装置，并根据试验标准要求安装相应的载荷传感器和位移传感器等。
3.试验参数的设定：根据样品的材料和结构特点，设定试验参数，包括疲劳载荷、循环次数等参数。
4.疲劳循环加载：按照设定的试验参数进行加载，通过载荷和位移传感器等设备采集试验数据。
5.数据采集：在试验过程中及时采集试验数据，并记录相关数据。
三、结果判定在试验结束后，需要对试验数据进行分析和处理，以确定试验结果的准确性和可靠性。
根据试验标准要求，可以通过疲劳极限、裂纹初始长度、裂纹扩展速率等参数来评估焊接接头的疲劳性能。
根据试验结果的评估，可以为焊接接头的设计和生产提供参考依据，并为焊接接头的质量控制提供科学依据。
总之，焊接接头疲劳试验标准是保障焊接接头安全性和持久性的重要措施。
采用科学规范的试验方法和参数，可以保证试验结果的可靠性和准确性，从而为焊接接头的设计和生产提供参考依据，为焊接接头的质量控制提供科学依据。
Q235母材及焊接接头超声疲劳试验王康，霍立兴，王东坡，吴良晨天津大学材料科学与工程学院，天津(300072）E-mail : risewk@摘要：超声疲劳是指疲劳周次达到109及以上时材料的疲劳行为，超声疲劳试验是一种可以可靠的进行109以上循环周次的疲劳试验方法。
本文内容主要包括超声疲劳的发展；超声疲劳试验系统的组成部分；超高周次循环载荷下，Q235母材及焊接接头试件的S-N曲线特征、断口特征及疲劳裂纹萌生源等。
超声疲劳S-N曲线呈持续下降形，并没有出现疲劳极限。
关键词：超声疲劳；S-N曲线；焊接接头；裂纹次表面萌生1．引言随着现代产业的发展，许多工业部门（如飞机，汽车以及近海结构等），其零部件经常承受高频低幅载荷，重复循环载荷次数可高达109周次以上。
用超声疲劳实验技术得到的材料超高周疲劳性能研究表明，许多材料直到1010个应力循环以后依然发生疲劳断裂[1~6]。
因此用107周次常规疲劳试验数据对零部件进行疲劳强度设计不安全。
为了适应工程的需要，保证构件的安全性，有必要而且必须研究材料在107周次以上的超高周疲劳性能。
20世纪50年代，Manson[ 7]首先采用压电磁致伸缩原理发明了超声疲劳试验机（加载频率在15KHz~40KHz之间），其原理是现代超声疲劳试验技术的基础。
1959年，Neppiras首次将超声疲劳试验技术用于材料疲劳的S-N曲线测定。
1973年，Mitsche等率先将这一技术用于测量疲劳裂纹扩展。
由于这一试验技术对航空航天领域部件的实际承载状态有较好的模拟，便于研究其机械损伤，近年来各航空大国(美、法等)争相投入较大的人力、物力和财力进行全面研究，研究领域逐渐拓宽，其研究包括各种加载形式及环境条件下工程材料的超高周次疲劳寿命、裂纹扩展试验，研究的材料包括各航空航天、汽车、海洋工程等工业部门关键结构中用到的钢、铝、钛等。
美国ASM已经正式将超声疲劳试验纳入《Metal Handbook, Vol.8, Mechanical Testing》中，并且开始进行规范试验方法的工作。
超声疲劳试验机的典型频率为20KHz，如此的高的频率不仅可以节省疲劳试验时间，还可以测得N>107周次超高周疲劳性能。
例如用一台20Hz的常规试验机对一个试件进行循环加载，要达到109个应力循环需要14个多月，同样的试验用超声疲劳试验机则只要14个小时。
本文采用天津大学自主研发的超声疲劳试验系统，分别进行了Q235母材和Q235焊接接头试件的超高周疲劳性能研究，测定了106~1010周次范围内的超声疲劳S-N曲线，并用扫描电镜对超声疲劳断口的微观形貌进行分析研究。
2. 超声疲劳试验2.1 超声疲劳试验系统的组成超声疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法，其实质是在被加载试件上建立机械谐振波。
超声疲劳试验可用的频率范围为15~40KHz，但系统的共振频率一般按照20KHz进行设计，应用这一频率考虑以下两个因素[8]：(1)18KHz以上的频率值超出了人的听力范围 ，这样可以减少超声对人耳的损伤。
(2)试件的共振长度与超声频率成反比例关系，因此适合的测试频率是有一定范围的。
对大多数金属材料，10～40KHz的频率范围对应的试件共振长度大约为5～15cm。
通过以上两点得出20KHz这一频率即考虑了人身安全又结合了试件的尺寸设计。
图1 超声疲劳加载系统及位移、应力曲线超声疲劳试验系统分两部分：一是超声疲劳试验加载系统；二是数据采集和传输系统。
加载系统如图1所示，其主要组成和功能如下：(1)超声频率发生器：将50Hz的电信号转化为20KHz的超声正弦波电信号输出，通过调整电压来改变正弦波的振幅。
(2)压电陶瓷换能器：将电源提供的交频电信号转化成同样高频率的机械振动信号。
(3)聚能器：放大（或特别情况下减小）来自压电换能器的机械振动幅度，并与试件构成谐振系统，在试件中建立交变应变场，使试件获得所需要的应变振幅。
聚能器和安装的试件均需要满足具有20KHz的共振频率。
(4)试件:设计为狗骨形状。
试验数据采集和传输系统主要由数据采集和传输装置、测试软件、动态应变仪、示波器和计算机组成。
用计算机辅助控制，可以随机调控加载水平，实时测量、记录试验参数。
2.2 超声疲劳试件图2 Q235母材超声疲劳试件图3 Q235焊接接头超声疲劳试件（等截面20mm ）超声疲劳试验中，试件所用材料为Q235，E d ＝210GPa，3/8.7cm g =ρ。
Q235母材试件设计为中间无等截面的圆柱狗骨形，见图2。
试件具体尺寸为2R 1＝4.9mm ，2R 2＝16mm ，2L ＝60mm ，L 1＝20mm ，L 2＝10mm 。
Q235焊接接头试件也是采用圆柱狗骨形，但中间有一段等截面段，见图3。
试件尺寸为2R 1＝4.9mm ，2R 2＝16mm ，2L ＝65mm ，L 1＝10mm ，L 2＝20mm ，L 3＝2.5mm 。
2.3 试验条件超声疲劳试验系统测定Q235母材及焊接接头试件的S-N曲线，载荷循环周次范围在106～1010间。
超声疲劳试验施加载荷为轴向拉－压对称循环载荷，应力比R ＝-1，系统的谐振频率为20KHz 。
试验在室温下进行。
试件共振时，由于吸收超声振动能量和内部的摩擦[8]，会产生升温现象，试验中采用水冷方式，使试件表面温度与室温相当。
3. 试验结果3.1 S-N曲线图4给出了Q235母材及焊接接头试件的超声疲劳S-N 曲线。
Q235母材试件疲劳（f=20KHz,R= -1）S-N 曲线呈现“连续下降形”，在106~107循环周次范围内，S-N 曲线无水平平台，下降趋势没有发生显著变化，不存在传统疲劳概念上的“疲劳极限”和无限寿命。
超声疲劳试验结果显示：Q235母材在107循环周次下对应的条件疲劳极限为375MPa 左右，109循环周次对应的条件疲劳极限为250MPa 左右，后者明显低于前者且降幅达200多MPa ，在应力幅值大幅下降的情况下， 109循环周次及以后，试件依然能够发生疲劳断裂。
Q235焊接接头试件疲劳S-N 曲线也呈现“连续下降形”，在应力幅很低的情况下，只要循环周次足够长，试件就会断裂。
Q235焊接接头试件在107循环周次下对应的条件疲劳极限为155MPa 左右，109循环周次对应的条件疲劳极限为118MPa 左右，后者也低于前者。
因此用107循环周次下的条件疲劳极限去设计服役寿命在109循环周次以上的构件很危险。
通过比较母材试件与焊接接头试件疲劳S-N 曲线得出，母材抗疲劳强度远高于焊接接头。
相同循环周次下，母材试件能够承受的最大应力值要比焊接接头试件高140MPa 还要多。
如同样在109循环周次下，Q235焊接接头试件在应力达到105MPa 左右时就会发生疲劳断裂，而Q235母材试件对应的应力为250MPa 左右。
050100150200250300350400450最大应力(M P a )N图4 Q235超声疲劳S-N 曲线 3.2 疲劳断口a 母材试件b 焊接接头试件 图5 疲劳裂纹 宏观上看无论母材试件还是焊接接头试件，疲劳裂纹都位于中部最大应力横截面处，而且焊接接头疲劳裂纹都是从焊趾位置开裂，见图5。
图6, 图7分别了给出了Q235母材及焊接接头试件超高周次循环载荷下的疲劳断口形貌，其中图6-a 、图7-a 为裂纹源区高倍放大图像。
从图中看出母材试件的断口比较平滑、均匀，几乎在一个平面内，而焊接接头试件的断口比较粗糙，凹凸不平。
说明焊接接头位置与母材相比有较多缺陷，导致抗疲劳强度远低于母材。
对母材试件疲劳断口形貌扫描电镜分析显示，超高周情况下疲劳裂纹在试件内部或次表面夹杂等缺陷处萌生[9]，图6为=max σ251.44MPa, N f =4.36×108 cycles 时疲劳断裂试件的扫面电镜(SEM)断口形貌。
对夹杂进行能谱分析，发现这些夹杂主要是由O, S, Cl, Zn, Si 及K 等元素组成的氧化物。
a b图6 Q235母材试件超声疲劳断口形貌(=max σ251.44MPa, N f =4.36×108 cycles )(a) 裂纹在试件次表面夹杂处萌生 (b) 疲劳裂纹源低倍形貌图7为=max σ126.86MPa, N f =2.32×109 cycles 时焊接接头试件的扫描电镜断口微观形貌，疲劳裂纹多源开裂，电镜扫描分析显示超高周情况下疲劳裂纹在试件表面或次表面夹杂处（焊趾位置）萌生，这是由于焊接接头位置缺陷较多并且应力集中造成的。
能谱分析显示，疲劳裂纹源夹杂主要是O, S, Cl, Mn, Si 及Ca 等元素组成的氧化物。
a b图7 Q235焊接接头试件超声疲劳断口形貌（=max σ126.86MPa, N f =2.32×109 cycles ）(a) 疲劳裂纹源，裂纹在试件次表面萌生 (b) 断口低倍形貌，显示疲劳裂纹多源形核与低周疲劳断裂机制不同，超高周情况下裂纹萌生源从试件表面向内部转移。
超高周情况下应力幅很低，在试件表面形成疲劳裂纹所需的塑形变形量不足，表面裂纹萌生机制停止；而材料内部或次表面夹杂等缺陷在长时间疲劳载荷作用下与基体剥离并形成微观裂纹，裂纹不断扩展最终导致试件疲劳破坏。
由于焊接接头试件焊趾位置缺陷很多并且应力集中，超高周情况下疲劳裂纹也有从焊趾表面萌生的。
关于疲劳裂纹萌生从表面向内部转移还有以下几种观点[10]。
Mughrabi [11]认为，传统的疲劳极限相当于“PSB 极限”，低于该极限，相应于某一表面粗糙度，表面的不可逆滑移可以忽略。
但是，每一个循环仍会造成不可逆的应变，虽然该应变比PSB 中的局部应变要小的多。
在经过足够长的周次之后，最终的疲劳失效还是会发生，Bathias [12]也持有这种观点。
而Miller 等[13]认为，由于载荷的降低，表面的第一阶段剪切裂纹不能穿越界面进入下一个晶粒，因而不能形成第二阶段的拉伸裂纹；而内部某处的应力集中导致第一阶段裂纹然后形成第二阶段裂纹。
4. 结论(1) Q235在106~1010循环周次范围内疲劳寿命(S-N)曲线，无论母材试件还是焊接接头试件，没有水平平台，始终保持下降的趋势，因此传统疲劳设计规范只用107以内的数据进行疲劳强度设计很危险。
(2) 焊接对材料的超高周疲劳寿命影响明显，与母材相比焊接接头大幅度的缩短材料的疲劳寿命，减小材料的抗疲劳强度。
(3) 疲劳裂纹位于试件中部最大应力所在横截面，且焊接接头疲劳裂纹从焊趾位置开裂。
(4) 扫面电镜分析表明，在超高周（106~1010）范围内，母材疲劳裂纹萌生于材料内部或次表面夹杂等缺陷处，而焊接接头试件疲劳裂纹萌生于材料次表面或表面处夹杂。
