改善焊接接頭性能的超聲沖擊方法若干問題的研究.pdf

1、本文對超聲沖擊處理方法存在的一些問題進行了研究。
　　 本文針對現(xiàn)有超聲沖擊設(shè)備無法滿足工程現(xiàn)場操作的要求,設(shè)計了一套小型化的超聲沖擊系統(tǒng),該系統(tǒng)包括一把半波長超聲沖擊槍、一種新式的斜角度沖擊針和一款便攜式小型化超聲電源。在實際使用過程證明本小型化超聲沖擊系統(tǒng)在原有全波長超聲沖擊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,減小了設(shè)備的尺寸的同時不改變輸出功率,并且提高了設(shè)備對于現(xiàn)場操作的適應(yīng)性,拓展了超聲沖擊設(shè)備的應(yīng)用場合。
　　 由于現(xiàn)在焊接疲勞設(shè)

2、計仍然應(yīng)用疲勞極限的設(shè)計方法,而試驗和工程實例證明疲按照勞極限設(shè)計法設(shè)計的焊接結(jié)構(gòu)在超長壽命區(qū)間服役時其疲勞性能是不可靠的。本文中研究了兩種在工程上常用的結(jié)構(gòu)鋼Q235和Q345的焊接接頭在超長壽命區(qū)間的疲勞行為,討論了使用超聲沖擊改善焊接接頭疲勞性能的可行性,并且對接頭部位斷口的形貌特征進行了詳細(xì)的分析。研究表明:對于焊接接頭無論變幅疲勞或是衡幅疲勞其疲勞極限均不存在,焊接接頭疲勞壽命的設(shè)計應(yīng)按照不同的焊后增強處理狀態(tài)分別考慮,并對疲

3、勞設(shè)計曲線進行修正。焊態(tài)接頭的斷裂模式仍然以表層的夾雜物造成的裂紋擴展并最終斷裂為主要模式,而超聲沖擊處理試件中存在著由微小的沖擊裂紋擴展導(dǎo)致的疲勞斷裂。
　　 本文使用通用有限元分析軟件ANSYS對超聲沖擊處理過程進行進行模擬,分析了平板對接焊接頭超聲沖擊處理過程和非承載結(jié)構(gòu)與承載結(jié)構(gòu)超聲沖擊處理過程。建立了平板對接焊接頭的三維焊接熱應(yīng)力場模型,對平板對接接頭在焊接過程中的應(yīng)力變化數(shù)值分析,然后在焊接應(yīng)力模擬的基礎(chǔ)上對隨后的超

4、聲沖擊處理過程進行了數(shù)值模擬,通過對沖擊深度的調(diào)整得出了與實際測定結(jié)果相符合的數(shù)值解,為今后進行超聲沖擊處理的研究和工藝優(yōu)化提供了數(shù)值依據(jù)。
　　 由于超聲沖擊處理的大規(guī)模工程應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)在美國、烏克蘭、俄羅斯以及加拿大等國大規(guī)模開展起來,但是少有研究對承載結(jié)構(gòu)和非承載結(jié)構(gòu)超聲沖擊處理后疲勞行為進行試驗和理論分析比較。在本文中對承載與非承載經(jīng)超聲沖擊處理后的疲勞行為進行了比較,并且首次用數(shù)值模擬的方法定量的分析了二者的差別,研究

5、表明無論是非承載超聲沖擊處理還是承載超聲沖擊處理都可以改善焊趾部位的過渡半徑,而承載結(jié)構(gòu)的超聲沖擊處理還可以大幅度的降低結(jié)構(gòu)中的拉伸應(yīng)力峰值,提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能。
　　 此外,本文還研究了超聲沖擊處理后的304不銹鋼試樣抗應(yīng)力腐蝕的性能,對304不銹鋼進行沸騰氯化鎂中的應(yīng)力腐蝕試驗,試驗結(jié)果表明經(jīng)過超聲沖擊處理后母材和焊縫的應(yīng)力腐蝕壽命提高了10到13倍以上,這是由于超聲沖擊處理后產(chǎn)生的表層高值殘余壓縮應(yīng)力與試件中的拉應(yīng)力相疊