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第 10 卷

2022 年

12 月刊

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第 10 卷 - 2022 年 12 月刊
抛喷丸强化处理对汽车焊接细节的影响

焊接是汽车行业和其他许多工业中流行的焊接方式。
由于工艺本身的特殊性,在焊接的过程中,具有特殊的疲劳性能。首先,我们熟知,焊接会在焊接过程中和焊接周围区域产生相关的残余应力场。然而,该工艺的物理特性会在焊接附近产生残余拉应力;疲劳强度和耐久性最差。因为拉伸残余应力会严重影响并降低疲劳强度,所以,这一物理特性是一个关键因素。在焊接中,残余拉应力与疲劳强度有关,因为疲劳强度不受疲劳循环平均应力的影响,而仅受其振幅的影响(至少在考虑钢材的情况下)。
但焊接的疲劳性能还受其他因素影响:除了宏观的几何形状导致的缺口效应外,由工艺造成的本征缺陷使得疲劳裂纹萌生阶段可以忽略不计。因此,焊接状态下焊接细节的疲劳强度仅从扩展疲劳裂纹的角度来考虑:这就是S-N(应力振幅-循环到失效概率的循环数)与基体材料截然不同,并且疲劳极限比基体材料小的原因。它们的差异如此之大,所以考虑缺口效应无法证明其合理性。
总而言之,焊接件的疲劳性能具备特殊性,且疲劳强度通常很差。若疲劳性能对结构或机械焊接零件的设计至关重要,则应考虑焊接后处理。
抛喷丸强化处理和相关工艺是减少和消除焊接细节中疲劳性能关键因素。
退火是一种常见的热后处理,仅能减小残余拉应力,但我们知道抛喷丸强化处理也会在材料表层产生残余压应力:这对焊接的疲劳性能产生积极影响,并对提高疲劳极限有很大作用。但抛喷丸强化也可以降低表面缺陷率:因为对焊接表面的机械冲击力,可以消除或减少缺陷。事实上,冲击引起的塑性变形可以改变表面形貌,从而消除缺陷,或降低疲劳应用中的风险。 
如果结合其他方式进行处理,修改焊缝轮廓(如TIG修整、圆盘磨削或毛刺磨削),还可以提高强化效果,因为这些处理方式会对已经去除缺陷和瑕疵的表面,以及已经进行了几何改进的焊缝轮廓进行再处理。在这些情况下,有可能提高疲劳极限,使其最终与基础材料的疲劳极限相当,甚至更好。
然而,只有在对相关情况进行具体调查后,才能得到显著成果。选择抛喷丸强化参数时,应考虑材料、焊接细节类型、分析在役载荷下的应力状态,并考虑焊接细节的行为特征,不允许考虑使用与其他机械零件相同的方法。
在汽车行业中更为重要的是材料、疲劳循环和安全隐患问题都需要采用“逐分析设计”方法。

MFN特约编辑
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