本文關(guān)鍵詞：正面隨焊超聲沖擊對焊接殘余應(yīng)力與變形的影響

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【摘要】：焊接作為先進的制造技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。然而,在焊接過程中的局部不均勻加熱的特點,導致在工件中產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力與變形,對工件的使用性能與壽命產(chǎn)生諸多危害。近幾年,超聲沖擊技術(shù)在提高焊接接頭疲勞強度、控制焊接殘余應(yīng)力與變形方面得到廣泛的應(yīng)用。本文在超聲沖擊技術(shù)與隨焊沖擊碾壓的基礎(chǔ)上,提出一種正面隨焊超聲沖擊的方法,在焊接過程中對熔池后方的焊縫或焊趾區(qū)域進行實時超聲沖擊,以達到控制焊接殘余應(yīng)力與變形、改善焊縫顯微組織與硬度的目的。超聲沖擊設(shè)備的沖擊頭與變幅桿為非剛性連接,沖擊頭的沖擊頻率低于變幅桿的20 kHz。為了更好的應(yīng)用超聲沖擊設(shè)備,同時為了給后期SYSWELD數(shù)值模擬提供參數(shù)依據(jù)。本文通過高速攝像的方法對沖擊頭的沖擊過程進行記錄采集。通過MATLAB軟件對采集的圖像進行后期批量處理,獲得了沖擊頭的沖擊頻率,測量結(jié)果顯示,在不同參數(shù)下,超聲沖擊設(shè)備的沖擊頻率都基本集中在50 Hz左右。對3 mm的Q235B薄板進行正面隨焊超聲沖擊焊縫實驗,研究正面隨焊超聲沖擊對焊接變形、焊接接頭顯微組織以及硬度等力學性能的影響。研究表明,當沖擊距離為45 mm時,即高溫沖擊時控制焊接變形的效果最明顯,較常規(guī)焊減少了 43.3%。當沖擊距離小時,與常規(guī)焊相比,正面隨焊超聲沖擊能夠起到細化晶粒的作用,使焊縫晶粒變細。而且,正面隨焊超聲沖擊能夠提高焊縫處的硬度,尤其是當沖擊距離小時效果最明顯。對8 mm的Q235B厚板進行正面隨焊超聲沖擊焊趾附近區(qū)域?qū)嶒?研究正面隨焊超聲沖擊對焊接殘余應(yīng)力的作用。研究發(fā)現(xiàn),當沖擊距離較大時,控制焊接殘余應(yīng)力的效果較好。建立與熱源隨動的力載荷模型,力載荷的大小、沖擊頻率、同熱源的距離等參數(shù)均可調(diào)節(jié)。通過SYSWELD軟件實現(xiàn)力載荷模型的加載,并通過無應(yīng)力板進行隨焊超聲沖擊模擬,驗證得到建立的力載荷模型是可行合理的,并對力載荷模型的作用機理進行分析。利用SYSWELD軟件對正面隨焊超聲沖擊8 mm板的焊趾附近區(qū)域進行數(shù)值計算,結(jié)果發(fā)現(xiàn),低溫沖擊時控制焊接殘余應(yīng)力的效果最明顯,在部分區(qū)域,將殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化為殘余壓應(yīng)力。隨著沖擊溫度的增大,控制焊接殘余應(yīng)力的效果也隨之減弱。將計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比,發(fā)現(xiàn)計算得到的正面隨焊超聲沖擊對沖擊區(qū)域的殘余應(yīng)力的影響規(guī)律與盲孔法測得的規(guī)律基本一致。嘗試了頻率為50 Hz的力載荷數(shù)值計算,并將計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比。雖然正面隨焊超聲沖擊技術(shù)在焊接領(lǐng)域尚處于研究階段,但正面隨焊超聲沖擊技術(shù)以其獨特的優(yōu)點和綜合性能將會在未來得到廣泛的應(yīng)用。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG404;TB559

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