振動時效消減焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值仿真及試驗研究.pdf

1、焊接殘余應(yīng)力是焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和開裂的重要原因。一般情況下,殘余應(yīng)力的存在也會對焊接構(gòu)件的機(jī)械加工精度和使用壽命產(chǎn)生不良影響。所以降低焊接殘余應(yīng)力成為機(jī)械制造工業(yè)技術(shù)中的一個重要研究領(lǐng)域。與傳統(tǒng)消除應(yīng)力方法相比,振動時效具有適用性強(qiáng)、操作簡單、低能耗和生產(chǎn)周期短等優(yōu)點,在機(jī)械制造領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用。但是,目前振動時效的機(jī)理還在進(jìn)一步探索中,在應(yīng)用該技術(shù)對構(gòu)件進(jìn)行處理時,工藝參數(shù)的選擇主要根據(jù)經(jīng)驗確定,存在一定的盲目性,使振動時效消減殘余

2、應(yīng)力的效果未能達(dá)到理想的水平。
　　以低碳鋼板焊接試件和船用結(jié)構(gòu)鋼板焊接試件為研究對象,利用有限元模擬焊接過程,獲得焊接溫度場和殘余應(yīng)力場的分布規(guī)律,確定了構(gòu)件上消除殘余應(yīng)力的重點部位。進(jìn)一步利用有限元技術(shù)模擬了船用結(jié)構(gòu)鋼板焊接構(gòu)件的振動時效過程,分析支撐方式、激振位置、激振力的大小對試件固有頻率、振型和對振動時效效果的影響,為振動時效工藝參數(shù)的選擇提供了科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。
　　利用振動時效裝置對船用結(jié)構(gòu)鋼板焊接試件進(jìn)行了振動

3、時效試驗研究。利用試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)測定試件在不同支撐方式、激振位置和激振力情況下的固有頻率和振動響應(yīng),選擇試件振動響應(yīng)強(qiáng)、振動平穩(wěn)時的工藝參數(shù)進(jìn)行振動時效處理。測量試件振動時效前后的殘余應(yīng)力,對比殘余應(yīng)力降低程度來評價振動時效的效果。研究發(fā)現(xiàn)試件在四點支撐、激振位置為長度方向中心一側(cè)、激振力為2kN時,振動平穩(wěn)且振動響應(yīng)強(qiáng),殘余應(yīng)力降低顯著。試驗結(jié)果證實利用有限元分析技術(shù)可以為振動時效工藝提供合理的參數(shù)選擇方案和理論依據(jù)。
　　采

4、用在振動平臺上對低碳鋼板焊接試件進(jìn)行振動時效處理,研究了激振時間對振動時效效果的影響。試驗結(jié)果:激振時間為5分鐘、10分鐘與30分鐘后試件的殘余應(yīng)力下降分別為16％、36.6%和40%。分析發(fā)現(xiàn)振動時效過程中加速度-時間曲線變平5分鐘以后再繼續(xù)振動殘余應(yīng)力降低效果無明顯提高。由此推測,加速度-時間曲線是激振時間選擇時優(yōu)先考慮的參量。
　　考慮到焊接高溫區(qū)與高殘余應(yīng)力區(qū)域相吻合的特點,創(chuàng)新性地提出了利用焊接余熱進(jìn)行振動時效的研究方案