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在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造過程中,，主要采用 焊接連接的方法。由于焊接過程中,，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。
: N, ], I5 v+ e1 I3 o8 z6 _+ l l R超聲沖擊利用 大功率的能量推動(dòng)沖擊頭,，以每秒約 2 萬次的頻率沖 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,。6 I, N& t) A: m& X+ P5 {
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1,、實(shí)驗(yàn)過程及方法6 V# y" M9 Q% Q/ x( {0 ?' O
試驗(yàn)方法與過程 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,。
; \9 d6 N) a& r. x, h在試驗(yàn)過程中，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,。
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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,。 6 g2 _/ P: q6 ]7 N
2 結(jié)果與分析 1 n! w+ m' K6 [4 {: o4 N. G/ T
, \9 Y4 F7 k4 Z$ M1 B; C8 y2.1 無超聲沖擊處理試板應(yīng)力測(cè)試
1 s1 y* \. `; f7 k6 L( r0 g/ x無超聲沖擊處理的 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,。 ![]() ( |( Q9 N5 N# D9 @% i
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。; X' j- ^7 x) P9 t1 K
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2.2 超聲沖擊處理前后應(yīng)力測(cè)試! \: V" a* C8 d4 \
0 J9 L2 o5 j6 L; m1 Z5 ~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。 8 m! @0 ~3 X) j! H
為說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”來表征這一問題,，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,。9 R5 U. i+ I- `! u+ D' n
不同參數(shù)超 聲沖擊后,，殘余應(yīng)力的消減率如表 3 所示。 2 E1 W' D/ \1 L. M4 |0 q7 p
3結(jié)尾# s9 D1 _% u) M, a) h
I9 }& S* T" O0 j1）通過試驗(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,。6 Y0 ?5 P2 I' u
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。
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發(fā)表于 2019-9-29 17:15:50
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