高速列車轉(zhuǎn)向架采用焊接方法組裝，焊接殘余應(yīng)力是幾乎無法避免的缺陷。對于鋼結(jié)構(gòu)而言，焊接殘余應(yīng)力和變形是影響結(jié)構(gòu)斷裂強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素。許多災(zāi)難性破壞事故大多是由于結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力引起的。由于存在焊接固有的殘余應(yīng)力，機(jī)車轉(zhuǎn)向架焊接后若有較大的拉伸應(yīng)力，對機(jī)車行車安全存在極大的隱患。因此，有必要采用適當(dāng)?shù)姆椒ń档秃拖龤堄鄳?yīng)力。
本次實(shí)驗(yàn)采用超聲波沖擊方法消除轉(zhuǎn)向架材料SMA490BW耐候鋼焊接殘余應(yīng)力，并對其進(jìn)行殘余應(yīng)力測試，根據(jù)測試數(shù)據(jù)探討了解超聲波沖擊去應(yīng)力的可行性。
試驗(yàn)材料
使用高速列車轉(zhuǎn)向架用材料SMA 490BW耐候鋼，采用CHW-550焊絲進(jìn)行焊接，焊絲直徑Φ1.2mm。
超聲波沖擊去應(yīng)力處理
首先，用角磨機(jī)打磨掉焊縫余高，使焊縫與母材處于同一平面，為盲孔法測試殘余應(yīng)力提供條件。然后用聚航科技的JH-Q30超聲波去應(yīng)力設(shè)備分別對焊趾、熱影響區(qū)和母材進(jìn)行全覆蓋超聲沖擊處理。沖擊處理時(shí)，圓形沖擊針反復(fù)沖擊焊趾部位，直到?jīng)_出大約2mm深的明顯壓痕為止。換用平板沖擊頭垂直于熱影響區(qū)和母材區(qū)域表面進(jìn)行沖擊，沖擊速度500mm/min，電流1.8-2.0A，振動(dòng)頻率20KHz。
焊接殘余應(yīng)力測試
將焊接好的板從垂直于焊縫中心位置分為兩部分，一部分為沖擊原始數(shù)據(jù)區(qū)，另一部分為沖擊區(qū)。對兩個(gè)區(qū)域分別采用盲孔法進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力測試，儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成，儀器精度高，測量結(jié)果準(zhǔn)確。
結(jié)果與分析
超聲沖擊前后橫向、縱向殘余應(yīng)力對比如圖
焊縫寬度14mm。當(dāng)d=0時(shí)，表示測試點(diǎn)位于焊縫中心；當(dāng)d=5mm時(shí)，表示測試點(diǎn)位于距焊縫中心5mm處；當(dāng)d=7mm時(shí)，表示測試點(diǎn)位于焊趾處；當(dāng)d為其他值時(shí)，表示測試點(diǎn)位于距焊縫中心對應(yīng)d數(shù)值距離的位置，即測試點(diǎn)位于熱影響區(qū)及母材區(qū)域。負(fù)號表示方向，即為壓應(yīng)力。
由圖1、2可以看出，經(jīng)過超聲波沖擊處理后，焊縫、焊趾、近焊縫區(qū)的橫向殘余應(yīng)力有較明顯的下降趨勢。焊縫中心處應(yīng)力值由241MPa降至89MPa，應(yīng)力消除率為63%；距離焊縫中心5mm處應(yīng)力值由437MPa降至136MPa，應(yīng)力消除率69%；距離焊縫中心7mm處，即焊趾處，應(yīng)力值由265MPa降至-49MPa，應(yīng)力消除率118%?？v向應(yīng)力也有類似的趨勢，焊縫中心處應(yīng)力由222MPa降至-93MPa，應(yīng)力消除率142%；距離焊縫中心5mm處應(yīng)力值由350MPa降至-215MPa，應(yīng)力消除率161%；距離焊縫中心7mm處，即焊趾處，應(yīng)力值由244MPa降至-117MPa，應(yīng)力消除率148%，縱向殘余應(yīng)力消除率大于橫向殘余應(yīng)力。此外，母材的殘余應(yīng)力有一定程度的上升，但都是處于壓應(yīng)力狀態(tài)，由于焊接殘余應(yīng)力對于母材尤其是離焊縫較遠(yuǎn)的母材區(qū)域影響較小，所以焊接件的安全性能不會(huì)受到影響。由于此次試驗(yàn)采用的板材縱向尺寸較小，且采用盲孔法進(jìn)行測試，故試驗(yàn)中測試點(diǎn)數(shù)量相對較少，但通過本次實(shí)驗(yàn)仍然可以看出，超聲波沖擊對于焊接殘余應(yīng)力消除有明顯效果。
結(jié)論
1. 超聲波沖擊對于降低焊縫及其附近區(qū)域殘余應(yīng)力效果明顯，橫向殘余應(yīng)力消除率最高達(dá)118%，縱向殘余應(yīng)力消除率最高達(dá)161%。
2. 經(jīng)超聲波沖擊處理后，同一位置的縱向殘余應(yīng)力消除率大于橫向殘余應(yīng)力。
