振動(dòng)時(shí)效消減焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值仿真及試驗(yàn)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(kāi)裂的重要原因。一般情況下,殘余應(yīng)力的存在也會(huì)對(duì)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(gè)重要研究領(lǐng)域。與傳統(tǒng)消除應(yīng)力方法相比,振動(dòng)時(shí)效具有適用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、低能耗和生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn),在機(jī)械制造領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用。但是,目前振動(dòng)時(shí)效的機(jī)理還在進(jìn)一步探索中,在應(yīng)用該技術(shù)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行處理時(shí),工藝參數(shù)的選擇主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定,存在一定的盲目性,使振動(dòng)時(shí)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(duì)象,利用有限元模擬焊接過(guò)程,獲得焊接溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律,確定了構(gòu)件上消除殘余應(yīng)力的重點(diǎn)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(dòng)時(shí)效過(guò)程,分析支撐方式、激振位置、激振力的大小對(duì)試件固有頻率、振型和對(duì)振動(dòng)時(shí)效效果的影響,為振動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)效裝置對(duì)船用結(jié)構(gòu)鋼板焊接試件進(jìn)行了振動(dòng)

3、時(shí)效試驗(yàn)研究。利用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)測(cè)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(dòng)響應(yīng),選擇試件振動(dòng)響應(yīng)強(qiáng)、振動(dòng)平穩(wěn)時(shí)的工藝參數(shù)進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理。測(cè)量試件振動(dòng)時(shí)效前后的殘余應(yīng)力,對(duì)比殘余應(yīng)力降低程度來(lái)評(píng)價(jià)振動(dòng)時(shí)效的效果。研究發(fā)現(xiàn)試件在四點(diǎn)支撐、激振位置為長(zhǎng)度方向中心一側(cè)、激振力為2kN時(shí),振動(dòng)平穩(wěn)且振動(dòng)響應(yīng)強(qiáng),殘余應(yīng)力降低顯著。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)利用有限元分析技術(shù)可以為振動(dòng)時(shí)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(dòng)平臺(tái)上對(duì)低碳鋼板焊接試件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理,研究了激振時(shí)間對(duì)振動(dòng)時(shí)效效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果:激振時(shí)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(dòng)時(shí)效過(guò)程中加速度-時(shí)間曲線變平5分鐘以后再繼續(xù)振動(dòng)殘余應(yīng)力降低效果無(wú)明顯提高。由此推測(cè),加速度-時(shí)間曲線是激振時(shí)間選擇時(shí)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(diǎn),創(chuàng)新性地提出了利用焊接余熱進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效的研究方案