焊接結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效及振動(dòng)焊接研究.pdf

1、電弧焊過程是對(duì)金屬構(gòu)件局部快速加熱和冷卻的冶金過程，焊縫的冶金組織對(duì)焊接接頭的質(zhì)量有重要影響，而局部加熱的特點(diǎn)很難避免焊接變形和焊后殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。熱處理是一種傳統(tǒng)的消除焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力、改善焊縫組織的方法，但對(duì)大型焊接構(gòu)件或在材料表面有氧化控制的場(chǎng)合，如表面噴鋁材料和不銹鋼材料，熱處理工藝的應(yīng)用實(shí)施困難，成本高昂，局部的熱處理也有產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力的可能。本文研究了應(yīng)用機(jī)械振動(dòng)的方法改善焊縫組織，降低焊接變形以及焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力，涉及

2、振動(dòng)時(shí)效和振動(dòng)焊接工藝的實(shí)踐與理論。 振動(dòng)時(shí)效(vibratorystressrelief,VSR)是對(duì)應(yīng)用振動(dòng)載荷，降低結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力工藝的總稱。這種工藝目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但它的機(jī)理研究還有待深入。在振動(dòng)時(shí)效降低焊接殘余應(yīng)力效果的評(píng)價(jià)方面，目前的一些方法還很難滿足實(shí)時(shí)和定量的要求。振動(dòng)焊接工藝又被稱為隨焊振動(dòng)，或振動(dòng)調(diào)制焊接，是在焊接過程對(duì)構(gòu)件附加一個(gè)機(jī)械振動(dòng)，以改善焊縫組織，這方面的研究有一些報(bào)道，但這種工藝的實(shí)際應(yīng)用還

3、很少見。 焊接結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效是對(duì)焊后構(gòu)件在常溫下進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)處理的工藝，旨在降低結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力，保證結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性。針對(duì)磁浮軌道梁焊接，本文詳細(xì)介紹振動(dòng)時(shí)效工藝及相關(guān)的工藝參數(shù)，從宏觀和微觀分析振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理，指出了熱時(shí)效與振動(dòng)時(shí)效微觀機(jī)理上的區(qū)別。本文比較了各種振動(dòng)時(shí)效效果評(píng)價(jià)方法，著重分析了振動(dòng)幅頻參數(shù)曲線觀測(cè)法的理論基礎(chǔ)，指出了金屬材料的振動(dòng)時(shí)效過程中除了粘性阻尼外，還有非粘性阻尼，結(jié)構(gòu)阻尼是振動(dòng)時(shí)效過程的重要非粘性阻尼，

4、導(dǎo)出了基于結(jié)構(gòu)阻尼的振動(dòng)時(shí)效幅頻參數(shù)曲線方程。根據(jù)HT-7U超導(dǎo)托卡馬克結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)效幅頻參數(shù)曲線，指出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊接構(gòu)件振動(dòng)時(shí)效時(shí)，不同的振峰，振動(dòng)時(shí)效后的變化規(guī)律并不相同，共振峰有可能降低、右移，振后低幅振峰增值比較常見，采用JB/T10375-2002標(biāo)準(zhǔn)對(duì)振動(dòng)時(shí)效效果進(jìn)行評(píng)價(jià)更具有實(shí)用性。 振動(dòng)時(shí)效過程幅頻曲線的變化與振動(dòng)阻尼的變化密切相關(guān)。本文從阻尼的變化機(jī)理著手，依據(jù)金屬位錯(cuò)理論，分析了與振動(dòng)時(shí)效過程相關(guān)的阻尼變化的

5、特征，作者應(yīng)用動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀(DMA)設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)，研究了不同焊縫組織、不同殘余變形等對(duì)振動(dòng)阻尼的影響，試驗(yàn)表明有焊縫試樣內(nèi)位錯(cuò)密度更高，位錯(cuò)增殖更明顯。采用激光焊接小試樣，通過對(duì)基于應(yīng)變幅度的阻尼(amplitude-dependentinternalfriction，ADIF)多次測(cè)量，模擬材料振動(dòng)時(shí)效過程，連續(xù)三次的振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)表明，不同激振力(應(yīng)變)幅值下，阻尼變化不相同。激振力較大時(shí)，阻尼的變化有一個(gè)先增加后降低的過程。焊

6、接工藝參數(shù)對(duì)阻尼有明顯的影響，試樣焊接速度越高，阻尼越大，由于金屬材料冷卻速度影響位錯(cuò)的釘扎方式，因此不同焊接線能量下材料的阻尼與位錯(cuò)的釘扎方式有關(guān)，高冷卻速度下(小焊接線能量)，位錯(cuò)被氣團(tuán)的弱釘扎導(dǎo)致阻尼的升高。 焊接變形是大型焊接結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要問題。針對(duì)Q235B材料H型鋼的焊接，采用振動(dòng)埋弧焊接工藝降低結(jié)構(gòu)波浪變形。變形實(shí)測(cè)表明，振動(dòng)埋弧焊H型鋼腹板的波浪變形平均值只有常規(guī)埋弧焊的一半左右，型鋼的焊接質(zhì)量得到提高。