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焊接结构的振动时效及振动焊接研究
时间: 2018-05-27 00:23 浏览次数:
焊接结构的振动时效及振动焊接研究 电弧焊过程是对金属构付局部快速加热和;令却的冶金过程,焊缝 的冶金组织对焊接接头的质量有重要影响,而局部加热的特点很难避 免焊接变形
焊接结构的振动时效及振动焊接研究
电弧焊过程是对金属构付局部快速加热和;令却的冶金过程,焊缝
的冶金组织对焊接接头的质量有重要影响,而局部加热的特点很难避
免焊接变形和焊后余应力的产生。热处理是一种传统的消除焊接结
构残余应力、改善焊缝组织的方法,但对大型焊接构件或在材料表面
有氧化控制的场合,如表面喷铝材料和不锈钢材料,热处理工艺的应
用实施困难,成本高昂,局部的热处理也有产生新的残余应力的可能。
本文研究了应用机械振动的方法改善焊缝组织,降低焊接变形以及焊
接结构的残余应力,涉及振动时效和振动焊接工艺的实线与理论。
    振动时效(vibratoryrelief,VSR)是对应用振动载荷,降低构
残余应力工艺的总称。这种工艺目前已经得到广泛的应用,但它的机
理研究还有待深入。在振动时效降低焊接残余应力效果的评价方面,
目前的一些方法还很难满足实时和定量的要求。振动焊接工艺又被称
为随焊振动,或振动调制焊接,是在焊接过程对构件附加一个机械振
动1以改善焊縫组织,这方面的研究有一些报道,但这种工艺的实际
应用还很少见。
    焊接结构的振动时效是对焊后构件在常温下进行机械振动处理
的工艺,旨在降低结构残余应力,保证结构尺寸的稳定性。针对磁浮
轨道梁焊接,本文详细介绍振动时效工艺及相关的工艺参数,从宏观
 
焊接结构的振动时效的效是对焊后构件在常温下进行机械振动处理
 
和微观分析振动时效的机理,指出了热时效与振动时效微观枧理上的
区别。本文比较了各种振动时效效果评价方法,着重分析了振动幅频
参数曲线观测法的理论基础,指出了金属材料的振动时效过程中除了
粘性阻尼外,还有非粘性阻尼,结构阻尼是振动时效过程的重要非粘
性阻尼,导出了基于结构阻尼的振动时效幅频参数曲线方程。根据
HT—7L超导托卡马克绍构的振动时效幅频参数曲线,指出结构复杂
的焊接构件振动时效时,不同的振峰,振动时效后的变化规律并不相
同,共振峰有可能降低、右移,振后低幅振峰增值比较常见,采用
JB/T10375一2002标准对振动时效效果进行评价更具有实用性。
    振动时效过程幅频莊线的变化与振动阻尼的变化密切相关。本文
从阻尼的变化机理着手,依据金属位错理论,分析了与振动时效过程
相关的阻尼变化的特征,作者应用动态机械分析仪(DMA)设计了一
系列试验,研究了不同焊缝组织、不同残余变形等对振动阻尼的影响,
试验表明有焊缝试样内位错密度更高,位错增殖更明显。采用激光焊
接小试样,通过对基于应变幅度的阻尼(amplitude-dependentmternal
fricuon,ADIF)多次测量,模拟材料振动时效过程,连续三次的振动
测量试验表明,不同激振力〔应变)幅值下,阻尼变化不相同。激振
力较大时,阻尼的变化有一个先增加后降低的过程。焊接工艺参数对
阻尼有明显的影响,试样焊接速度越高,阻尼越大,由于金属材料冷
 
却速度影响位错的钉扎方式,因此不同焊接线能量下材料的阻尼与位
错的钉扎方式有关,高冷却速度下(小焊接线能量),位错被气团的
弱钉扎导致阻尼的升高。
 
    振动时效效果的实时定量评价是该工艺应用中的一个重要同
题,影响到该工艺的推广应用。振动时效过程结构受到循环载荷的作
用,动应力的大小与结构残余应力的降低有直接的关系。本文以304L
超低碳不锈钢材料为例,研究了金属材料在循环载荷下的应力应变变
化规律,提出了304L振动时效的循环蠕变机理,试验表明循环蠕变
与加载速度、次数,动应力幅值有关,循环应力幅值越高,蠕变越大,
循环蠕变达到稳定所需要的时间越长?;谝陨鲜匝?,提出了用循环
载荷下的循环蠕变来模拟30d1L焊接结构的振动时效过程残余应力的
松弛。振动时效设备通过试验建立了残余应力变化的数学模型,模型考虑了动应力
幅值和加载,周次对消应力的影响,试验验证表明该模型可用于环
载荷下消应力效果的评价,评价误差在15%的范围内。进一步将该
模型用于HT—7U托卡马克的实际工程,对304L不锈钢大底板振动时
效的残余应力消除效果进行评价,并用盲孔法实测了时效前后的残余
应力。与残余应力实测法比较,用模型评价残余应力降低的误差是
也8%,显示了这种实时定量的评价方法有良好的实用性。
    振动时效设备电渣焊由于焊接线能量高的特点,焊缝组织晶粒粗大,导致接头
力学性能差,这一问题在宝钢高炉锯的电渣焊中一直没有得到解决。
本文针对高炉BB503(14№NiTL)的电渣焊,研究了采焊接过程
中附加振动的方法一振动焊接工艺改善焊接接头的质量,详细研究了
 
振动时效焊接工艺对BB503电渣焊焊接接头力学性能和组织的影响,尤其
是焊缝侧弯性能的变化,探讨振动焊接状态下焊缝力学性能变化的理
 
     振动时效设备焊接变形是大型焊接结构的一个車要问题。针对Q235B材料H型
钅冈的焊接,采用振动埋弧焊接工艺降低结构波浪变形。变形实测表明,
振动埋弧焊H型钢腹板的波浪变形平均值只有常规埋弧焊的一牛左
右,型钢的焊接质量得到提高。
关键词焊接结构,振动时效,振动阻尼,残余应力,振动焊接
 
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