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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。8 n) R+ k% P& h3 K
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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* ^8 b8 G+ o9 h9 ^% C: g! Y1,、實驗過程及方法 M p- E ^+ r' v$ x1 L5 l- p6 y
試驗方法與過程 本文采用豪克能HY2050G 超聲沖擊設備,，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,。
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在試驗過程中,，假設焊接完成后，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。
* l6 k$ D& G; n8 }1 g3 ~7 z" R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 7 u) U- j, {3 W- E
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2.1 無超聲沖擊處理試板應力測試 2 W3 T, T1 x$ h) t/ [0 K9 I) u# @
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,。
3 {8 k7 d0 W& s& x+ c, ^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,。. x' R d; }& i7 ]* ]( G! n
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2.2 超聲沖擊處理前后應力測試, a- o6 r5 {6 b6 I- O
# P" Y: C' u4 V' m+ L. E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。
; F5 A# c, i8 S1 o: |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。
( r+ E6 x+ S( |不同參數(shù)超 聲沖擊后,，殘余應力的消減率如表 3 所示,。
0 Q0 h- q' e0 i- O' \. y5 ^3結(jié)尾
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+ P2 g) B8 ] P1）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,。
% ?" _! _; D- R7 p2）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�,，對焊接殘余應力具有良�?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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