對(duì)于振動(dòng)時(shí)效對(duì)焊接殘余應(yīng)力影響的試驗(yàn)研究

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com振動(dòng)時(shí)效對(duì)焊接殘余應(yīng)力影響的試驗(yàn)研究王德全，劉新杰(1．洛陽(yáng)理工學(xué)院；2．中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司)摘要：為了解決某大型焊接結(jié)構(gòu)件的焊接變形問(wèn)題和提高其機(jī)加工后的尺寸穩(wěn)定性，對(duì)該結(jié)構(gòu)件進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)定及振動(dòng)時(shí)效試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)件尺寸穩(wěn)定性與其焊接殘余應(yīng)力有關(guān)。振動(dòng)時(shí)效能大幅度降低焊接結(jié)構(gòu)件的焊接殘余應(yīng)力并改善殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)，提高其尺寸穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：焊接；殘余應(yīng)力；振動(dòng)時(shí)效焊接技術(shù)已十分廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)制造1試驗(yàn)方法的各個(gè)領(lǐng)域。該技術(shù)使焊接結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)合理，節(jié)省材料以及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此現(xiàn)代很多大

2、型1．1試驗(yàn)對(duì)象結(jié)構(gòu)件均采用焊接結(jié)構(gòu)。焊接時(shí)焊縫的溫度極高，本試驗(yàn)對(duì)象是DXZ250／2500型移動(dòng)臺(tái)車架，該而離開(kāi)熱源后，焊縫溫度急劇下降，這樣就會(huì)在焊臺(tái)車架為框架式焊接結(jié)構(gòu)，如圖1所示。材料為縫及其附近(焊縫熱影響區(qū))存在急劇變化的瞬態(tài)Q345C，長(zhǎng)4200mm，寬3650mm。主要焊縫為上、溫度場(chǎng)【1]。因此工件在冷卻過(guò)程中的收縮量差別很下蓋板(厚度為32mm鋼板)與立板(厚度為16mm大，使得焊縫及其附近區(qū)域產(chǎn)生一定的焊接殘余應(yīng)鋼板)組焊而成的角焊縫。力及焊接變形。這種焊接殘余應(yīng)力及焊接變形的存在，將影響結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的質(zhì)量及疲勞強(qiáng)度[2l。在

3、制造過(guò)程中，焊接結(jié)構(gòu)件因焊接而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是無(wú)法避免的[3】，為此準(zhǔn)確地了解焊接結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布規(guī)律是設(shè)計(jì)者和制造者迫切需要解決的問(wèn)題，這對(duì)指導(dǎo)焊接工藝的制定以及最終制造工藝的確定具有重要意義。此外，采取有效的辦法減小殘余應(yīng)力并改善應(yīng)力分布狀況是提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)件安全性和可靠性的有效措施。圖1DXZ250／2500型移動(dòng)臺(tái)車架要精確測(cè)量結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力是十分復(fù)雜的，通常1．2焊接工藝采用電阻應(yīng)變片測(cè)試法，但這種方法對(duì)工件有一定為保證焊縫的內(nèi)部質(zhì)量(達(dá)到全熔透焊縫)及的破壞性，不適合成品結(jié)構(gòu)件的測(cè)量。利用有限元焊縫成形美觀，采用船形焊接，

4、CO：氣體保護(hù)焊打模擬法評(píng)估大型結(jié)構(gòu)件殘余應(yīng)力水平的方法對(duì)影底，埋弧自動(dòng)焊蓋面。具體工藝參數(shù)為：CO氣體保響因素十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件顯然也不適合閣。本試驗(yàn)護(hù)焊所用焊絲牌號(hào)為H08MnSi，直徑1．0mm；焊接以某大型工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件為例用X—ray衍射法測(cè)量電流200—230A；氣體流量l4～18Umin。埋弧焊的工件的殘余應(yīng)力以確定其應(yīng)力水平，再通過(guò)振動(dòng)時(shí)焊絲直徑3．0mm；焊接電流600～650A；焊接速度效的辦法改善其殘余應(yīng)力分布，取得了良好效果。20~23m／h。作者簡(jiǎn)介：王德全(1962一)，男，高級(jí)工程師，研究方向：金屬材料及工藝。一29—學(xué)

5、兔兔www.xuetutu.com1．3測(cè)量位置表2第2臺(tái)工件殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果l~~IP殘余應(yīng)力測(cè)試位置為上蓋板與立板對(duì)接的角lt測(cè)量位置振動(dòng)時(shí)效前振動(dòng)時(shí)效后焊縫(距前橫梁80～200ram)。測(cè)點(diǎn)距焊縫邊緣2～41781l0mm，沿平行焊縫方向分布，各點(diǎn)的間距約為10mm。21l4651．4試驗(yàn)方案3103lo0首先對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)定以確定其殘4154120余應(yīng)力水平及分布，再對(duì)該結(jié)構(gòu)件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效試5’14857驗(yàn)，同時(shí)對(duì)其振動(dòng)時(shí)效后再進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試(在67481相同的部位并用相同的測(cè)試參數(shù))，以比較振動(dòng)時(shí)7256161效前后殘余應(yīng)力的

6、變化。8127901．5試驗(yàn)參數(shù)924Ol3I振動(dòng)時(shí)效的工藝參數(shù)為：激振器轉(zhuǎn)速1200r／l021677min，激振力650N，振動(dòng)時(shí)間24min。平均值15199殘余應(yīng)力測(cè)試采用X—ray衍射法。具體測(cè)試參表3第3臺(tái)工件殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果l~[Pil數(shù)為：X光管電壓220kV，X光管電流6mA，光闌張角2。，掃描速率0．2o)／s，定峰方式采用半高寬度。測(cè)量位置振動(dòng)時(shí)效前振動(dòng)時(shí)效后被測(cè)部位表面采用砂輪修磨，然后采用電解拋光以1l153724347消除表面的加工應(yīng)力。393432試驗(yàn)結(jié)果41142954426按照以上試驗(yàn)方案對(duì)3件同一型號(hào)的臺(tái)車架61

7、8581進(jìn)行試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果如表1表3所示。715012O3結(jié)果分析81010平均值1O5593．1振動(dòng)時(shí)效前的殘余應(yīng)力從表1～表3的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：結(jié)構(gòu)件在振明顯的差異。其中第3臺(tái)臺(tái)車架的殘余應(yīng)力明顯低動(dòng)時(shí)效前，殘余應(yīng)力普遍較高，其峰值已超過(guò)材料于另外兩臺(tái)。屈服強(qiáng)度的一半，而3臺(tái)工件的殘余應(yīng)力水平有著在焊接過(guò)程中由于多層焊接使溫度多次疊加，表1第1臺(tái)工件殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果MPa導(dǎo)致溫度場(chǎng)產(chǎn)生劇烈的變化，這是產(chǎn)生較高殘余應(yīng)力的主要原因之一。同時(shí)由于工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法測(cè)量位置振動(dòng)時(shí)效前振動(dòng)時(shí)效后采用自由焊接，在焊接過(guò)程中殘余應(yīng)力無(wú)法得到釋1179l

8、32220036放，表中所反映的殘余應(yīng)力實(shí)際上是焊接殘余應(yīng)力3194113與結(jié)構(gòu)應(yīng)力的疊加結(jié)果，所以表現(xiàn)出3臺(tái)構(gòu)件殘余41