超声冲击对焊接结构残余应力的影响

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1、第26卷第4期焊接学报VOl.26NO.42005年4月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONApril2005超声冲击对焊接结构残余应力的影响饶德林!陈立功!倪纯珍!朱政强上海交通大学焊接工程研究所上海200030摘要!以@345钢结构箱型柱为对象研究了超声冲击工艺对焊接残余应力的影响对电渣焊和埋弧焊两种焊缝进行了超声冲击试验其中埋弧焊焊缝采用了全覆盖冲击和焊趾冲击两种冲击工艺残余应力测量表明采用冲击工艺可以在焊缝表面一定深度小于3mm下产生压应力最高测得-134Mpa焊趾冲击不

2、但使焊趾表面产生压应力也降低了焊缝的残余应力对非熔透埋弧焊和熔透埋弧焊焊缝的测量结果显示在盲孔法测量的深度范围内超声冲击可降低焊缝最大主应力约34%～55%关键词!焊接结构超声冲击残余应力中图分类号!TG404文献标识码!A文章编号!0253-360X200504-48-04饶德林0序言柱见图1它是建造中的某电视塔的一段整个塔由多段箱型柱焊接而成通过采用外场作用改善焊缝性能的方法有许多研究和应用超声冲击UltrasOnicimpacttreatmentUIT就是一种很有效的方法之一许多研究表明通过焊后超声冲击可以大大提高焊

3、接接头的疲劳强度1～3能提高接头疲劳寿命几倍甚至几十倍以上但超声冲击对于焊接接头残余应力的影响却少有详细的研究报道残余应力的大小是影响焊接结构性能的重要指标超声冲击后残余应力的变化是导致焊缝疲劳性能改善的主要原因之一因此对经过不同超声波冲图1试验用箱型柱结构及焊缝简图击方法的焊缝进行详尽的残余应力测量了解超声冲Fi9.1Confi9urationandWeldofrectan9ularPillar击与残余应力变化的规律是具有应用价值的试验工箱型柱由80mm厚度的@345钢板通过埋弧焊焊作也是评价该工艺措施的重要手段接而成在

4、有连接块俗称牛腿区域采用全熔透埋弧焊SAW其它区域采用非熔透埋弧焊柱内有筋1试验方法板采用埋弧焊与箱型柱板焊接筋板与箱型柱封口垂直焊缝采用电渣焊ESW见图1连接块与箱型柱1.1试验用焊接结构及焊接方法也采用埋弧焊焊接它用于与其它柱进行螺栓连接试验用的焊接结构是一个附有连接块的箱型焊接工艺参数见表1表1箱型柱埋弧焊及电渣焊焊接工艺参数Table1Weldin9ParametersforSAWandESW焊接方法焊丝直径Dmm焊接电流IA电弧电压UV焊接速度Ucmmin-1埋弧焊4.8550～66030～3535～50电渣焊1

5、.6330～40034～381.5～1.81.2超声冲击工艺收稿日期!2004-05-20试验采用国产H12050超声冲击消应力设备消除第4期饶德林!等"超声冲击对焊接结构残余应力的影响49焊接残余应力9进行了焊趾冲击和全覆盖冲击两种工测点在实际焊缝的断面上9受四边母材的拘束9应力呈艺试验o冲击时设备工作电流为1.3～1.6A9振动频平面双向拉伸状况o由于电渣焊焊速低9热输入量大9率为约20kHZ9冲击效率为3.6cm2/mino焊趾冲击焊缝温度下降较慢;焊后拉应力带比较宽9但应力水平是指仅对焊趾进行三束串排线状滑移冲击;

6、全覆盖冲不很高;在焊接完成后9还需把封口堆高打磨到母材的击(又称全冲击)是指对全焊道进行平面游动冲击9见平面9故其焊接残余应力进一步削降9测得GmaX=170图29母材区受冲击宽度为3～5mmoMpa9Gmin=124Mpa9GJ=145Mpa9GN=148Mpa9属正常的分布o在连接块附近的埋弧焊是全熔透焊缝9按一般规律9G及G可达到母材的G9对@345钢约为350maXJsMpa9测得GmaX=238Mpa9GJ=190Mpa9低于一般状况;造成残余应力不高的原因是:箱型柱在埋弧焊完成后9尚需进行对内筋板的电渣焊及连接

7、块的焊接o由于后期焊道的多次热应变作用9该焊缝的残余应力峰值必然有所下降o图2超声冲击工作示意图在无连接块的箱型柱部位9采用非熔透埋弧焊9熔Fi9.2SketchofultrasonicimPacttreatment!UlT"透深度约为板厚的1/29按一般规律G及G也可达maXX到母材的G9对@345钢约为350Mpa9G在三分之一s1.3残余应力测量的G水平9约为120Mpao测量结果为GsmaX=339采用盲孔法进行焊接残余应力的测量;使用国产Mpa9GX=332Mpa;G=116Mpa9与理论规律十分一YJ-25型静

8、态电阻应变仪9HY120-2CF型应变片9致o电阻R=120O9灵敏度系数K=2.00～2.25;对于埋2.2焊缝超声冲击消应力效果分析弧焊焊缝9测量点位于焊缝中心位置o对于电渣焊焊对电渣焊封口焊缝和全透埋弧焊焊缝进行了全覆缝9由于焊缝位于箱型柱内部9因此9只测量封口处焊盖冲击9冲击前后测点的距离约50