摘要
焊接结构经常发生疲劳断裂事故，改善焊接接头疲劳性能具有极大的经济效益和社会效益。本文对改善焊接结构疲劳性能的等离子喷涂法进行了试验研究。基于相变过程中的体积膨胀原理，研制了低相变温度喷涂粉末(LTTDS)，等离子喷涂后涂层表面应力平均值为-31.7MPa。
疲劳试验结果表明喷涂合金粉末类型对喷涂后接头疲劳性能影响较大。LF6十字接头等离子喷涂 AlSi 粉后疲劳性能与焊态试样相当，△σ=80MPa 时等离子喷涂 NiAl 疲劳寿命降低了 72.3%。1Cr18Ni9Ti 氩弧焊十字接头等离子喷涂 AlSi粉后在△σ=180MPa 时疲劳寿命与焊态试样相同；等离子喷涂低碳钢粉后疲劳强度提高 20.4%~25.9%，疲劳寿命延长 1.58~9.62 倍，喷涂 LTTDS 比喷涂低碳钢的试样疲劳强度高 3.6%。电弧焊十字接头等离子喷涂低碳钢后疲劳强度提高22.5%，疲劳寿命延长 1.98~4.52 倍，喷涂 LTTDS 比喷涂低碳钢的试样疲劳强度高 5.3%。等离子喷涂低碳钢粉后纵向接头疲劳强度提高 10.1%~13.9%，疲劳寿命延长 1.34~1.70 倍；喷涂 LTTDS 比喷涂低碳钢粉末的试样疲劳强度提高 3.8%，疲劳寿命延长 0.21~0.32 倍。
喷涂工艺方法对改善效果有较大影响。若喷涂材料选用低碳钢，1Cr18Ni9Ti氩弧焊十字接头火焰喷涂和等离子喷涂后疲劳强度分别提高 9.7%和20.4~25.9%，疲劳寿命分别延长 1.55~1.97 倍和 1.58~9.62 倍；△σ=180MPa 时等离子喷涂与喷焊 Ni60A 的试样疲劳寿命基本相同。焊态和火焰喷涂试样在焊趾处断裂，等离子喷涂与喷焊试样在试验段与夹持段的圆弧过渡处起裂。纵向接头喷涂低碳钢后在焊趾处断裂，等离子喷涂 LTTDS 后疲劳裂纹在焊缝金属中萌生。有限元分析表明焊态试样焊趾处的理论应力集中系数为 2.75，等离子喷涂后焊趾处的理论应力集中系数 1.1。等离子喷涂试样焊趾附近涂层与基体界面处的法向拉伸应力小于涂层的结合强度。火焰喷涂层与基体界面处焊趾附近的法向拉伸应力大于涂层的结合强度，在承受疲劳载荷时焊趾处将出现涂层局部剥离，这正是火焰喷涂试件疲劳强度低于等离子喷涂试件的原因。
关键词： 焊接接头 焊接结构 疲劳强度 疲劳寿命 等离子喷涂 应力集中
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