浙江至德鋼業(yè)有限公司通過(guò)脈動(dòng)拉伸疲勞試驗以及金相顯微組織分析，對3.0mm厚304不銹鋼管的TIG焊接接頭的組織與疲勞性能進(jìn)行了研究。結果表明：304不銹鋼管的TIG焊接接頭的疲勞裂紋均產(chǎn)生于焊趾處；搭接接頭中值疲勞極限為183MPa、角接接頭中值疲勞極限為269MPa；焊接接頭各區域金相組織均為奧氏體+鐵素體組織。不銹鋼車(chē)體結構是實(shí)現鐵道車(chē)輛輕量化的重要途徑之一，與同類(lèi)型的普低碳鋼車(chē)體相比，不銹鋼車(chē)體重量可減輕20%~30%以上。不銹鋼車(chē)輛因其良好的耐蝕性、力學(xué)性能、防火安全性、輕量化和維護成本低等特點(diǎn)，已成為我國鐵路機車(chē)行業(yè)重要的發(fā)展方向之一四。目前，在不銹鋼車(chē)體結構中使用的材料考慮到耐腐蝕性、加工性、強度、成本等方面，通常選用奧氏體系的SUS304及SUS301L不銹鋼普通的焊接方法（MAG、MIG等）熱輸入大，焊接變形嚴重，不適宜對不銹鋼薄板進(jìn)行焊接。TIG焊接技術(shù)因其適用性強、焊接成本低、可獲得高質(zhì)量焊縫等一系列優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被大量應用于不銹鋼車(chē)體的焊接中。本文通過(guò)對3.0mm厚06Cr19Ni10不銹鋼（新型304不銹鋼）的TIG焊接接頭的疲勞性能、金相組織的研究，為我國不銹鋼車(chē)輛的生產(chǎn)技術(shù)提供理論與實(shí)踐依據。

一、試驗材料與方法

 試驗母材為3.0mm厚的304不銹鋼管，冷軋狀態(tài)供貨。采用TIG焊接方法，選用中1.6mm的實(shí)芯焊絲ER308LSi，保護氣體為98%Ar+2%O2。其試驗材料的化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表。3.0mm厚304不銹鋼管焊接均采用單層單道焊，焊接工藝參數詳見(jiàn)表。焊接試件焊后均進(jìn)行了外觀(guān)檢測、滲透檢測、X射線(xiàn)檢測，檢測結果均合格。

 疲勞試驗參照GB/T13816-92《焊接接頭脈動(dòng)拉伸疲勞試驗方法》進(jìn)行。分別對TIG搭接接頭、角接接頭進(jìn)行了脈動(dòng)拉伸疲勞試驗，以確定不同形式的焊接接頭的疲勞性能。疲勞試件尺寸分別如圖（a）、（b）所示。試驗設備為PLG-100型微機控制高頻疲勞試驗機，其技術(shù)規格為：靜態(tài)負荷精度土1%，動(dòng)負荷平均波動(dòng)度土1%，動(dòng)負荷振幅波動(dòng)度±2%。試驗采用的循環(huán)應力比R=0.1，指定循環(huán)壽命取1×107次。在試驗過(guò)程中，當疲勞裂紋尺寸足夠大導致載荷加不上去時(shí)，自動(dòng)卸載停振，并記錄循環(huán)次數。使用升降法來(lái)計算焊接接頭的中值疲勞強度。使用JSM-6360M型掃描電鏡觀(guān)察疲勞斷口形貌。本次金相組織分析采用Neophot-32數碼金相顯微鏡觀(guān)察焊接接頭的母材區、焊縫區及熔合區的顯微組織，金相腐蝕液為氯化鐵鹽酸溶液。

二、試驗結果及分析

 1. 疲勞試驗

 疲勞斷裂試件上產(chǎn)生疲勞裂紋的位置及宏觀(guān)形貌如圖所示?？煽闯觯翰捎肨IG焊接下3.0mm，304不銹鋼管搭接、角接接頭疲勞裂紋均產(chǎn)生于焊趾處。圖分別為3.0mm，304不銹鋼管搭接及角接接頭疲勞斷裂試樣的斷口形貌?？煽闯觯涸嚰钠跀嗫诳梢苑殖蓡⒘褏^、裂紋擴展區以及終斷區三個(gè)部分；試件的疲勞裂紋均從試件邊緣處啟裂，試件啟裂區均無(wú)夾雜、夾渣等焊接缺陷；疲勞裂紋擴展區具有典型的疲勞斷裂特征，疲勞紋清晰并很粗；擴展區的大小隨疲勞循環(huán)次數的增加而增大；終斷區斷口形貌均為韌窩形態(tài)。由于搭接接頭、角接接頭各區域顯微組織良好（見(jiàn)后文），未對疲勞性能造成顯著(zhù)影響，因此斷裂原因是由于焊縫與試件表面存在一定的角度，導致焊趾處應力集中，當不斷承受疲勞載荷時(shí)，該處極易發(fā)生疲勞斷裂。

 通過(guò)升降法確定采用TIG焊接下3.0mm、304不銹鋼管焊接接頭指定壽命為1×10°次循環(huán)下的疲勞極限。搭接、角接疲勞試驗均有4級應力水平，有效試件數12個(gè)，其結果如圖所示。由圖可見(jiàn)，每組疲勞試驗均有5個(gè)子樣對。因此，由升降法并依照公式ou=1ZnS；確定的搭接、角接接頭指定壽命在1x10°次循環(huán)下的中值疲勞極限分別為：搭接Oa1=1Zn1S=（195+185×2+175×2）/5=183MPa角接Oa1=1ZnS=（275×3+265+255）/5=269MPa

 2. 金相組織

 圖為搭接接頭各區域顯微組織。由圖可看出：焊縫組織為以?shī)W氏體為基體+排列整齊的樹(shù)枝狀分布的黑色鐵素體，組織呈細小的柱狀晶分布；由圖可看出：熱影響區組織為奧氏體為基體+鏈狀分布的黑色鐵素體，靠近熔合線(xiàn)附近晶粒細化，沒(méi)有出現粗晶區；由圖看出：接頭的熔合區較窄，且無(wú)過(guò)熱組織產(chǎn)生，其組織為奧氏體為基體+蠕蟲(chóng)狀分布的黑色鐵素體。

 圖為角接接頭各區域顯微組織。由圖可看出：焊縫組織為以?shī)W氏體為基體+排列整齊的骨架狀分布的黑色鐵素體，組織呈柱狀晶分布；由圖可看出：由于焊接熱輸入小，熱影響區保留母材的組織形態(tài)，組織為以?shī)W氏體為基體+少量的黑色鐵素體；由圖可看出：接頭的熔合區較窄，且無(wú)過(guò)熱組織產(chǎn)生，其組織為奧氏體為基體+蠕蟲(chóng)狀分布的黑色鐵素體。

三、結論

 1. 304不銹鋼管TIG搭接、角接接頭疲勞裂紋均產(chǎn)生于焊趾處。

 2. 304不銹鋼管TIG搭接、角接接頭指定壽命為1×10°次循環(huán)下的中值疲勞極限分別為183、269MPa。

 3. 304不銹鋼管TIG搭接接頭焊縫區組織為：奧氏體為基體+樹(shù)枝狀分布的黑色鐵素體，組織呈柱狀晶分布；熱影響區組織為：奧氏體+鏈狀分布的黑色鐵素體，靠近熔合線(xiàn)附近晶粒細化；熔合區組織為：奧氏體為基體+蠕蟲(chóng)狀分布的黑色鐵素體，熔合區較窄。角接接頭焊縫區組織為：奧氏體為基體+樹(shù)枝狀分布的黑色鐵素體；熱影響區組織與母材組織相同為奧氏體+少量鐵素體；熔合區組織為：奧氏體為基體+蠕蟲(chóng)狀分布的鐵素體。