【摘要】：雖然大量的研究結果表明超聲沖擊處理對消除焊接殘余應力、提高接頭的疲勞性能有明顯的效果,但其對材料力學性能的影響卻鮮有研究。本文以海洋平臺上常用的EQ56大厚度高強鋼作為研究對象,使用微沖剪方法測試了超聲沖擊處理前后焊接接頭不同位置的微區(qū)力學性能,以此來研究超聲沖擊對材料力學性能的影響。測試結果表明,由于超聲波所引入的聲軟化作用,經過超聲沖擊處理之后,焊接接頭內部在一定程度上發(fā)生了軟化,材料的抗拉強度、屈服強度降低而塑性升高;但不同位置處的軟化程度并不相同,就材料的抗拉強度而言,母材區(qū)域的最大降低幅度為11%,熱影響區(qū)為9%,焊縫區(qū)域為19%,焊縫區(qū)域軟化效果較為明顯的原因是由于沖擊時間過長所導致的。此外,超聲沖擊處理會在材料表面形成一層晶粒較細的強化層,與未經超聲沖擊處理的接頭表面材料相比,該層的屈服強度、抗拉強度和塑性均有所增高;并且在該強化層內,焊接接頭的力學非均勻性得到了改善,焊縫與母材的屈服強度差值從超聲沖擊處理前的30MPa降低到超聲沖擊處理后的15MPa。此外,考慮到超聲沖擊處理過程復雜,工藝參數較多,實際測試操作性不好的原因,本文以ABAQUS商用有限元軟件為基礎,使用Python語言對其進行了二次開發(fā),建立了可以真實反映超聲沖擊過程的有限元模型,并通過實際應力測試試驗對其準確性進行了驗證。在此基礎上,以無應力狀態(tài)的304L不銹鋼板為對象,使用不同工藝參數計算分析了其對超聲沖擊應力結果的影響。計算結果表明,沖針初始速度對沖擊效果有較為明顯的影響,當其從1m/s增大到3m/s時,殘余壓應力的最大值從412MPa增大到460MPa,而且殘余應力最大值的所在的位置從距工件表面1.74mm處增加到2.46mm處;此外,隨著沖擊時間的增加,殘余壓應力的最大值逐漸從433MPa增加到449MPa,但增加的趨勢逐漸變緩,由此說明超聲沖擊處理時,沖擊時間存在一個最佳值,超出該最佳時間后,沖擊效果變化不明顯;但沖針與工件之間的摩擦系數對沖擊效果的影響不明顯,使用不同摩擦系數計算所得到的應力分布結果基本相同,無太大變化。
[Abstract]:Although a large number of research results show that ultrasonic shock treatment has obvious effect on eliminating welding residual stress and improving fatigue properties of joints, but the effect of ultrasonic shock treatment on mechanical properties of materials is seldom studied. In this paper, the micromechanical properties of welded joints at different positions before and after ultrasonic impact treatment were tested by using micro-impact shear method, which is a common EQ56 steel with large thickness and high strength on offshore platform. The effect of ultrasonic impact on the mechanical properties of materials was studied. The test results show that due to the effect of acoustic softening introduced by ultrasonic wave, after ultrasonic impact treatment, the internal of welded joint softens to a certain extent, the tensile strength, yield strength and plasticity of the welded joint decrease and increase. In terms of the tensile strength of the material, the maximum reduction in the base metal area is 11, the heat affected zone is 9, and the weld area is 19 percent. The obvious reason for the softening effect of weld zone is that the impact time is too long. In addition, ultrasonic impact treatment will form a fine grain strengthening layer on the surface of the material. Compared with the joint surface material without ultrasonic impact treatment, the yield strength, tensile strength and plasticity of the layer are increased. The mechanical inhomogeneity of welded joint was improved and the difference of yield strength between weld and base metal was reduced from 30MPa before ultrasonic shock treatment to 15MPa after ultrasonic impact treatment. In addition, considering the complex process of ultrasonic shock treatment, the process parameters are many, and the practical testing is not easy to operate, this paper uses the ABAQUS commercial finite element software as the foundation, and uses Python language to carry on the secondary development to it. The finite element model which can truly reflect the ultrasonic impact process is established, and the accuracy of the model is verified by the actual stress test. On this basis, the influence of different process parameters on the results of ultrasonic shock stress was calculated and analyzed with 304L stainless steel plate without stress as an object. The results show that the initial velocity of punching needle has a significant effect on the impact effect. When the initial velocity of punching needle increases from 1m/s to 3m/s, the maximum residual compressive stress increases from 412MPa to 460 MPA. Moreover, the position of the maximum residual stress is increased from 1.74mm to 2.46mm on the surface of the workpiece. In addition, with the increase of impact time, the maximum value of residual compressive stress gradually increased from 433MPa to 449 MPA, but the increasing trend gradually slowed down. The change of impact effect is not obvious; However, the influence of friction coefficient between punching needle and workpiece on the impact effect is not obvious. The results of stress distribution calculated by using different friction coefficients are basically the same and have no great change.
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG407;TB559

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本文編號：2303233