變極性等離子弧-熔化極惰性氣體保護(hù)（Variable Polarity Plasma Arc-Metal Inert Gas,VPPA-MIG）復(fù)合焊接方法具有焊接效率高,工藝區(qū)間寬和穿透深度大等優(yōu)點(diǎn),在厚板高強(qiáng)鋁合金焊接中優(yōu)勢(shì)明顯。該焊接方法為復(fù)合熱源焊接,電弧能量集中,一次實(shí)現(xiàn)厚板焊接,導(dǎo)致焊接接頭殘余應(yīng)力分布較為復(fù)雜,對(duì)安全生產(chǎn)有一定的影響。然而,針對(duì)厚板高強(qiáng)鋁合金VPPA-MIG復(fù)合焊接殘余應(yīng)力的研究報(bào)道極少。本文提出了采用鉆孔法和模態(tài)試驗(yàn)法相結(jié)合的殘余測(cè)試方法,并獲得了7A52高強(qiáng)鋁合金VPPA-MIG復(fù)合焊接接頭殘余應(yīng)力分布特性。研究結(jié)果對(duì)深入分析高能束復(fù)合焊接殘余應(yīng)力分布規(guī)律和機(jī)理,具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)高強(qiáng)鋁合金VPPA-MIG復(fù)合焊接殘余應(yīng)力測(cè)試和分析需要,建立了由NI數(shù)據(jù)采集卡、工控計(jì)算機(jī)、虛擬儀器Lab VIEW、鉆孔裝置等組成的鉆孔法殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng),為實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋁合金VPPA-MIG復(fù)合焊接接頭殘余應(yīng)力測(cè)量以及測(cè)量誤差分析提供了保障。此外,建立了由INV 931X系列力錘、INV 9824型ICP加速度傳感器、CS3062T0-24位云智慧采集分析儀... 

【文章來(lái)源】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

鉆孔法測(cè)量原理示意圖[42]

輪廓法是一種切割式的機(jī)械破壞方法,參照?qǐng)D1-2,其原理為將試樣沿著某一截面完整切開(kāi)成為兩半,由于應(yīng)力釋放,切割面輪廓產(chǎn)生變形,根據(jù)彈性力學(xué)中的疊加原理,施加外力使變形后的切割面恢復(fù)到切割前的平面狀態(tài),所得到的應(yīng)力狀態(tài)就等效為切割前該平面上的初始?xì)堄鄳?yīng)力。該方法最早由Prime[57]提出,測(cè)得了某一截面上的二維殘余應(yīng)力分布情況。Turski等[58]利用輪廓法測(cè)試了3161不銹鋼焊板的殘余應(yīng)力。Zhang等[59]利用輪廓法測(cè)量了2024鋁合金VPPA焊接殘余應(yīng)力。張錚等[60]采用輪廓法測(cè)試了模鍛鋁合金7050-T74內(nèi)部殘余應(yīng)力并獲得了截面完整的二維殘余應(yīng)力分布情況。謝國(guó)貞等[61]總結(jié)出輪廓法只能測(cè)量垂直于切割面方向的正應(yīng)力,對(duì)材料內(nèi)部殘余應(yīng)力場(chǎng)有很好的測(cè)量效果,但對(duì)于表面的殘余應(yīng)力測(cè)量誤差比較大。切環(huán)法和切塊法[62]主要應(yīng)用于焊管殘余應(yīng)力測(cè)量中。切環(huán)法是從焊管上切取一定長(zhǎng)度的管段,然后沿軸向切開(kāi),利用該環(huán)在周向、軸向、徑向的變形計(jì)算殘余應(yīng)力,測(cè)量結(jié)果反映了在切環(huán)寬度內(nèi)整個(gè)厚度方向的平均應(yīng)力。Xiao[63]給出了一種切管長(zhǎng)度為70 mm的鋁鎂合金鋼管軸向殘余應(yīng)力測(cè)量方法,能夠?qū)崿F(xiàn)鋁鎂合金鋼焊管平均軸向殘余應(yīng)力的測(cè)量。切塊法與切環(huán)法相類(lèi)似,在焊管殘余應(yīng)力測(cè)量中通過(guò)從焊管上切下的試樣塊所釋放的應(yīng)變計(jì)算殘余應(yīng)力,測(cè)量結(jié)果反映了在切塊范圍內(nèi)整個(gè)厚度方向應(yīng)力釋放的平均值。熊慶人等[64-65]采用切環(huán)法和切塊法分別測(cè)試了大口徑厚壁X80鋼級(jí)螺旋縫埋弧焊管和直縫埋弧焊管的平均殘余應(yīng)力,給出了切環(huán)法估算的殘余應(yīng)力和鉆孔法的測(cè)試值比較接近,且螺旋縫埋弧焊管比直縫埋弧焊管的平均殘余應(yīng)力大。

壓痕法是一種微量機(jī)械破壞法,其測(cè)量原理如圖1-3所示,采用球形壓頭在試樣表面進(jìn)行壓痕而產(chǎn)生一定尺寸的球冠形狀,形成的外加應(yīng)力場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)疊加引起應(yīng)變?cè)隽?通過(guò)事先標(biāo)定好的應(yīng)變?cè)隽颗c彈性應(yīng)變的關(guān)系曲線來(lái)得到殘余應(yīng)力值[66]。壓痕法測(cè)量殘余應(yīng)力的研究最早起源于傳統(tǒng)的洛氏硬度(Rockwell)實(shí)驗(yàn)或維氏硬度(Vickers)實(shí)驗(yàn),主要通過(guò)殘余應(yīng)力對(duì)硬度或者殘余壓痕面積的影響來(lái)計(jì)算殘余應(yīng)力值[67-69]。胡秋實(shí)等[70]采用壓痕法檢測(cè)分析了2219-T87高強(qiáng)鋁合金材料試件在TIG熔焊后形成法蘭環(huán)縫和攪拌摩擦焊后形成T型接頭的殘余應(yīng)力狀態(tài)。黃超群等[71]采用壓痕法對(duì)2219鋁合金變極性TIG焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)量,得到了與盲孔法一致的測(cè)量結(jié)果。沈磊[72]通過(guò)研究壓痕表面形貌的不同,得到壓痕形貌變化與殘余應(yīng)力的關(guān)系,給出了基于壓痕隆起量的殘余應(yīng)力測(cè)試方法,從而使壓痕法能夠直接應(yīng)用在工程測(cè)試領(lǐng)域。隨著壓痕技術(shù)的不斷發(fā)展,陸續(xù)出現(xiàn)了納米壓痕法[73]、原位高溫壓痕法[74]等壓痕方法來(lái)實(shí)現(xiàn)一些薄膜材質(zhì)表面的殘余應(yīng)力的測(cè)量。壓痕法在測(cè)量殘余應(yīng)力的過(guò)程中,優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)為對(duì)構(gòu)件的破壞小,但由于壓痕深度是一個(gè)平均響應(yīng),它只能測(cè)量平均殘余應(yīng)力的大小。逐層銑削法原理為通過(guò)銑、電解腐蝕、電火花剝蝕或研磨拋光等方法對(duì)試件表面進(jìn)行剝層,使試件表層殘余應(yīng)力得以釋放,通過(guò)電阻應(yīng)變片測(cè)定試件剝層后剩余部分的變形進(jìn)而得到釋放的應(yīng)力。該方法主要用于測(cè)量厚板試件殘余應(yīng)力在厚度方向的分布情況。鄒永豐等[75]采用逐層銑削法對(duì)45 mm厚鋼板焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)量,得到了其沿焊縫厚度方向的分布情況。龔海等[76]采用逐層銑削法測(cè)量了7075鋁合金軋制板內(nèi)部不同厚度處的平均殘余應(yīng)力,同時(shí)指出逐層銑削法是厚板殘余應(yīng)力測(cè)試的可靠手段。在采用逐層銑削法測(cè)量各向同性材料和復(fù)合材料試樣整個(gè)厚度方向上的殘余應(yīng)力時(shí),Salehi等[77]給出了合適的重復(fù)分切安全距離參數(shù),排除了先前切割的影響,保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

【參考文獻(xiàn)】：
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