Page 40 - 理化检验-物理分册2025年第一期

任绪凯，等：柔性砂带磨削Q370R钢焊接接头组织结构与应力状态

消除焊接拉应力，进而降低后续服役过程中接头开
裂失效的风险。
Q370R钢焊接接头经柔性砂带磨削加工后，其外
表层（约25 μm厚）产生了一定的拉应力， x方向最高
达275 MPa， y方向相对较低，约140 MPa。值得注意
的是，砂带磨削加工使焊接接头形成了约115 μm厚
的压应力层（次表层），在距表面约75 μm处， x方向呈
现最大压应力-48 MPa，距表面约30 μm处， y方向
呈现最大压应力-74 MPa。比较图6（a）与6（b）可
知：焊接接头磨削变形层内的拉、压应力沿x和y方
图 5 焊接磨削态接头表层的微观应变分布 向的分布基本是均匀的，其形成与磨削力、磨削热及
焊缝方向均为拉应力，前者约为 175 MPa，后者约 Q370R钢的特性密切相关 [13-15] 。接头残余应力的分

为 200 MPa。相比于x方向的应力， y方向具有较 析结果与上述X射线衍射分析结果一致，表明柔性砂
大的拉应力，与此前相关焊缝应力的研究结果一致。 带磨削在加工去除焊缝余量的同时，可以通过塑性变
热处理后，焊接接头两个方向的残余应力均降 形引入一定厚度的晶粒细化层，并显著改善接头表层
低至小于±25 MPa（见图6），说明热处理可以有效 组织结构的宏观应力状态。

图 6 不同处理状态焊接接头表层的残余应力分布
3 结论 [3] 李 岗，齐 文 宽，史 伟，等． 模 拟 焊 后 热 处 理 温 度 对
Q345R钢板焊接接头的焊接残余应力及力学性能的影
焊接态和焊接热处理态接头组织的晶体完整性
响[J]．理化检验(物理分册)，2022，58(3)：10-13．
良好，晶畴尺寸约为3.7 μm，且无微观应变。热处理 [4] 黄小康，任绪凯，陈华斌，等．高温合金机器人柔性
可以有效消除焊接态接头的残余拉应力，但对接头 磨削表面完整性研究进展[J]．航空制造技术，2021，
的组织结构特征无显著影响。柔性砂带磨削在加工 64(7)：38-52．
去除焊缝余量的同时，使接头表层形成了约140 μm [5] THAKUR A，GANGOPADHYAY S．State-of-the-
厚的塑性变形层，其纳米至微米级晶畴尺寸和微观 art in surface integrity in machining of nickel-based super
alloys[J]．International Journal of Machine Tools and
应变均呈梯度分布，该变形层由25 μm厚的拉应力
Manufacture，2016，100：25-54．
层及115 μm厚的压应力层组成。柔性砂带磨削技术
[6] WANG J W，XU J J，WANG X F，et al．A
在大型球罐焊缝处理方面具有较大的应用潜力。
comprehensive study on surface integrity of nickel-based

参考文献： superalloy Inconel 718 under robotic belt grinding[J]．
Materials and Manufacturing Processes，2019，34(1)：
[1] 林强, 胡成伟. Q370R材质液化石油气球罐焊接[J]. 工 61-69．
程焊接, 2014(3):10-15. [7] DE KEIJSER T H，LANGFORD J I，MITTEMEIJER
[2] 李云福， 郭春光，王林．Q370R钢制4 000 m 丙烯球罐 E J，et al．Use of the Voigt function in a single-
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的设计与应力分析[J]．化工机械，2019，46(4)：437-441． line method for the analysis of X-ray diffraction line
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