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在工程機械結(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，熱輸入對母材金 屬進行了不均勻的加熱,，形成了熱影響區(qū)，該區(qū)的存 在降低了焊接接頭的力學性能，特別是靠近焊縫金屬 的粗晶區(qū),。熱影響區(qū)對焊接接頭性能的影響主要體現(xiàn) 在兩個方面：一是熱影響區(qū)組織的變化，包括晶粒 長大,、脆化等,；另一方面是熱影響區(qū)殘余應力的存在。 對于工程機械結(jié)構(gòu)件,，在工作過程中,，可能會發(fā)生殘 余拉應力與工作應力疊加，導致材料發(fā)生屈服,，進而 變形,，甚至斷裂，發(fā)生車毀人亡事故,。/ x8 f& v! ?0 E3 Z3 b4 s
超聲沖擊利用 大功率的能量推動沖擊頭,，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,，同時超聲沖擊改變 了原有的應力場,，產(chǎn)生了壓應力，進而改善工程機械 結(jié)構(gòu)件熱影響區(qū)的性能,。
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1,、實驗過程及方法% q7 q- |- d6 U6 W
試驗方法與過程 本文采用豪克能HY2050G 超聲沖擊設(shè)備，對工程機械常 用 Q345 材料對接接頭熱影響區(qū)進行超聲沖擊試驗,，并 采用盲孔法測量超聲沖擊處理前后熱影響區(qū)的應力,，研 究不同超聲沖擊處理工藝下，熱影響區(qū)殘余應力的變化 規(guī)律,，進而指導工程機械結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造,。
0 w( T2 c! r5 |6 m1 F在試驗過程中，假設(shè)焊接完成后,，焊縫兩側(cè)熱影 響區(qū)對稱位置的表面殘余應力一致,，并進行試驗驗 證。焊接試板尺寸為 400 mm×250 mm×10 mm,，焊接 方法采用氣體保護焊,。對焊接試板焊縫一側(cè)的熱影響 區(qū)進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 個沖 擊電流值（I1,、I2、I3）及 3 個沖擊時間值（t1,、t2,、t3）， 共 9 組沖擊處理工藝參數(shù),，如表 1 所示,，其中，10# 試驗組中不對試板進行沖擊處理,。 超聲沖擊處理后,，采用型號為 HK21A 的盲孔法 應力測試分別測試焊道兩側(cè)熱影響區(qū)對稱位置的 殘余應力[7—11]，測試點距離焊趾 2 mm,。
7 R1 E7 b; A1 `7 V# t每種超聲沖 擊處理工藝參數(shù)下的試板測試 3 個應力點 1*,、2*、 3*,，相鄰測試點之間的距離大于 20 mm,。相應的，另 一側(cè)未沖擊熱影響區(qū)在對稱位置測試 3 個點 1,、2,、3,， 如圖 1 所示。測試過程包括：應變片的粘貼,；接線,； 鉆孔前對準找正；鉆孔測量,。
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2 結(jié)果與分析 ) Y6 `* c2 m2 L9 C
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2.1 無超聲沖擊處理試板應力測試 : e% W4 ]0 B) B" @* t
無超聲沖擊處理的 10# 試板焊道兩側(cè)的應力值及 應變值如表 2 所示,。σ1 表示最大主應力,，σ2 為最小主 應力,，θ 為最大主應力與應變 ε1 的夾角，應變 ε1,、應 變 ε2,、應變 ε3 分別是 0°、45°,、90°方向的應變值,。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 力，因此在分析中以最大主應力為研究對象,。
' R8 x5 B6 Q" O從表 2 可以看出,，在測量點 1 位置，焊縫兩側(cè)的 最大主應力值相差 11.86 MPa,約為該處最大主應力 值的 3.9%,。在測量點 2 位置,，焊縫兩側(cè)的最大主應 力值相差 23.08 MPa，約為該處最大主應力值的 7.5%,。在測量點 3 位置,，焊縫兩側(cè)的最大主應力值相 差 3.01 MPa，約為該處最大主應力值的 1%,。由于焊 縫兩側(cè)應力差值不超過最大主應力值的 10%,，可以近 似認為未沖擊處理的焊縫兩側(cè)對稱點的應力值相等， 以便對比超聲沖擊處理前后焊縫兩側(cè)的應力值,。& b) i# U7 a1 p5 [' ?
- f: P$ {; x# U2.2 超聲沖擊處理前后應力測試" b, I! O; a2 t6 I
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采用不同超聲沖擊工藝參數(shù)對試板進行超聲沖 擊處理后,，焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)的應力值如圖 2 所示。 每種處理工藝測試 3 個點的應力,。
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為說明超聲沖擊不同工藝參數(shù)對殘余應力去除的 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力,，即 1,、2、 3 測試點的最大主應力,；σ 后為超聲沖擊處理后最大主應 力,，即 1*,、2*、3*測試點的最大主應力,。3 G, C$ m( i% Y" w' ~9 m6 ]
不同參數(shù)超 聲沖擊后,，殘余應力的消減率如表 3 所示。
4 \- R$ e2 ~$ r" t2 N$ u4 G( k3結(jié)尾: j# J1 y0 t9 D5 i3 m
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1）通過試驗驗證,，可以認為未沖擊處理的焊縫 兩側(cè)熱影響區(qū)對稱點的應力值相等,。
9 o D3 [. D( u& E1 q+ k1 V) b2）超聲沖擊處理能夠?qū)?Q345 對接板熱影響區(qū) 殘余拉應力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯Γ瑢附託堄鄳哂辛己?的消除效果,，消除率可以達到 88%~130%,，從宏觀的 應力應變與微觀的位錯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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