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標(biāo)題: 超聲沖擊消除焊接應(yīng)力效果數(shù)據(jù)對(duì)比 [打印本頁(yè)]

作者: 你總是說(shuō)有蚊子 時(shí)間: 2019-9-29 17:15
標(biāo)題: 超聲沖擊消除焊接應(yīng)力效果數(shù)據(jù)對(duì)比

在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造過(guò)程中，主要采用焊接連接的方法。由于焊接過(guò)程中，熱輸入對(duì)母材金屬進(jìn)行了不均勻的加熱，形成了熱影響區(qū)，該區(qū)的存在降低了焊接接頭的力學(xué)性能，特別是靠近焊縫金屬的粗晶區(qū)。熱影響區(qū)對(duì)焊接接頭性能的影響主要體現(xiàn) 在兩個(gè)方面：一是熱影響區(qū)組織的變化，包括晶粒長(zhǎng)大、脆化等；另一方面是熱影響區(qū)殘余應(yīng)力的存在。對(duì)于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件，在工作過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生殘余拉應(yīng)力與工作應(yīng)力疊加，導(dǎo)致材料發(fā)生屈服，進(jìn)而變形，甚至斷裂，發(fā)生車毀人亡事故。
超聲沖擊利用大功率的能量推動(dòng)沖擊頭，以每秒約 2 萬(wàn)次的頻率沖擊金屬物體表面，高頻、高效和聚焦下的大能量使金屬表層產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形，同時(shí)超聲沖擊改變了原有的應(yīng)力場(chǎng)，產(chǎn)生了壓應(yīng)力，進(jìn)而改善工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件熱影響區(qū)的性能。

1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及方法
試驗(yàn)方法與過(guò)程本文采用豪克能HY2050G 超聲沖擊設(shè)備，對(duì)工程機(jī)械常用 Q345 材料對(duì)接接頭熱影響區(qū)進(jìn)行超聲沖擊試驗(yàn)，并采用盲孔法測(cè)量超聲沖擊處理前后熱影響區(qū)的應(yīng)力，研究不同超聲沖擊處理工藝下，熱影響區(qū)殘余應(yīng)力的變化規(guī)律，進(jìn)而指導(dǎo)工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造。

在試驗(yàn)過(guò)程中，假設(shè)焊接完成后，焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)對(duì)稱位置的表面殘余應(yīng)力一致，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn) 證。焊接試板尺寸為 400 mm×250 mm×10 mm，焊接方法采用氣體保護(hù)焊。對(duì)焊接試板焊縫一側(cè)的熱影響區(qū)進(jìn)行全覆蓋超聲沖擊處理，如圖 1 所示。超聲沖擊處理過(guò)程中，沖擊頻率一定，為 20 kHz，采用 3 個(gè)沖擊電流值（I1、I2、I3）及 3 個(gè)沖擊時(shí)間值（t1、t2、t3），共 9 組沖擊處理工藝參數(shù)，如表 1 所示，其中，10# 試驗(yàn)組中不對(duì)試板進(jìn)行沖擊處理。超聲沖擊處理后，采用型號(hào)為 HK21A 的盲孔法應(yīng)力測(cè)試分別測(cè)試焊道兩側(cè)熱影響區(qū)對(duì)稱位置的殘余應(yīng)力[7—11]，測(cè)試點(diǎn)距離焊趾 2 mm。

每種超聲沖擊處理工藝參數(shù)下的試板測(cè)試 3 個(gè)應(yīng)力點(diǎn) 1*、2*、 3*，相鄰測(cè)試點(diǎn)之間的距離大于 20 mm。相應(yīng)的，另一側(cè)未沖擊熱影響區(qū)在對(duì)稱位置測(cè)試 3 個(gè)點(diǎn) 1、2、3，如圖 1 所示。測(cè)試過(guò)程包括：應(yīng)變片的粘貼；接線；鉆孔前對(duì)準(zhǔn)找正；鉆孔測(cè)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 無(wú)超聲沖擊處理試板應(yīng)力測(cè)試
無(wú)超聲沖擊處理的 10# 試板焊道兩側(cè)的應(yīng)力值及應(yīng)變值如表 2 所示。σ1 表示最大主應(yīng)力，σ2 為最小主應(yīng)力，θ 為最大主應(yīng)力與應(yīng)變 ε1 的夾角，應(yīng)變 ε1、應(yīng) 變 ε2、應(yīng)變 ε3 分別是 0°、45°、90°方向的應(yīng)變值。由于影響材料或焊接結(jié)構(gòu)性能的主要因素是最大主應(yīng) 力，因此在分析中以最大主應(yīng)力為研究對(duì)象。

從表 2 可以看出，在測(cè)量點(diǎn) 1 位置，焊縫兩側(cè)的最大主應(yīng)力值相差 11.86 MPa,約為該處最大主應(yīng)力值的 3.9%。在測(cè)量點(diǎn) 2 位置，焊縫兩側(cè)的最大主應(yīng) 力值相差 23.08 MPa，約為該處最大主應(yīng)力值的 7.5%。在測(cè)量點(diǎn) 3 位置，焊縫兩側(cè)的最大主應(yīng)力值相差 3.01 MPa，約為該處最大主應(yīng)力值的 1%。由于焊縫兩側(cè)應(yīng)力差值不超過(guò)最大主應(yīng)力值的 10%，可以近似認(rèn)為未沖擊處理的焊縫兩側(cè)對(duì)稱點(diǎn)的應(yīng)力值相等，以便對(duì)比超聲沖擊處理前后焊縫兩側(cè)的應(yīng)力值。

2.2 超聲沖擊處理前后應(yīng)力測(cè)試

采用不同超聲沖擊工藝參數(shù)對(duì)試板進(jìn)行超聲沖擊處理后，焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)的應(yīng)力值如圖 2 所示。每種處理工藝測(cè)試 3 個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力。

為說(shuō)明超聲沖擊不同工藝參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力去除的影響，采用“消減率 ψ”來(lái)表征這一問(wèn)題，消減率公式為：

ψ=(σ 前-σ 后)/σ 前×100%

式中：σ 前為超聲沖擊處理前最大主應(yīng)力，即 1、2、 3 測(cè)試點(diǎn)的最大主應(yīng)力；σ 后為超聲沖擊處理后最大主應(yīng) 力，即 1*、2*、3*測(cè)試點(diǎn)的最大主應(yīng)力。
不同參數(shù)超聲沖擊后，殘余應(yīng)力的消減率如表 3 所示。

3結(jié)尾

1）通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，可以認(rèn)為未沖擊處理的焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)對(duì)稱點(diǎn)的應(yīng)力值相等。
2）超聲沖擊處理能夠?qū)?Q345 對(duì)接板熱影響區(qū) 殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，對(duì)焊接殘余應(yīng)力具有良好的消除效果，消除率可以達(dá)到 88%~130%，從宏觀的應(yīng)力應(yīng)變與微觀的位錯(cuò)理論能夠解釋這種現(xiàn)象。

作者: 你總是說(shuō)有蚊子 時(shí)間: 2019-9-29 17:16
超聲沖擊確實(shí)很有效果

作者: 曉昀 時(shí)間: 2019-9-29 22:28
用超聲波消除焊接應(yīng)力是不是還沒(méi)有在實(shí)際工作中推廣？車間常見(jiàn)的消除焊接應(yīng)力的方法有焊前預(yù)熱，焊后熱處理，采用較小的焊接線能量，振動(dòng)法，合理的裝配焊接順序，合理安排焊縫數(shù)量，消氫處理等。

作者: 你總是說(shuō)有蚊子 時(shí)間: 2019-9-30 10:42

曉昀發(fā)表于 2019-9-29 22:28* J& a$ `0 h! s& ]& J/ t9 s1 a+ p
用超聲波消除焊接應(yīng)力是不是還沒(méi)有在實(shí)際工作中推廣？車間常見(jiàn)的消除焊接應(yīng)力的方法有焊前預(yù)熱，焊后熱處理 ...

不是的已經(jīng)有很廣泛的應(yīng)用了一方面消除應(yīng)力一方面增強(qiáng)強(qiáng)度

作者: 你總是說(shuō)有蚊子 時(shí)間: 2019-9-30 10:43

曉昀發(fā)表于 2019-9-29 22:28
6 ]& j/ C$ X1 i, m! n: a/ T* H% K用超聲波消除焊接應(yīng)力是不是還沒(méi)有在實(shí)際工作中推廣？車間常見(jiàn)的消除焊接應(yīng)力的方法有焊前預(yù)熱，焊后熱處理 ...

你說(shuō)的振動(dòng)是振動(dòng)時(shí)效吧，超聲沖擊的效果比一般亞共振振動(dòng)時(shí)效效果好呢

作者: 遠(yuǎn)祥 時(shí)間: 2019-10-1 16:05
焊接最麻煩的是如何消除焊接變形，特別是鋁合金焊接！

作者: 你總是說(shuō)有蚊子 時(shí)間: 2019-10-16 14:34

遠(yuǎn)祥發(fā)表于 2019-10-1 16:05
/ H s3 p) b- P% n$ e5 a焊接最麻煩的是如何消除焊接變形，特別是鋁合金焊接！

不僅需要奇特輔助設(shè)備還需要有經(jīng)驗(yàn)的技工

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