对于振动时效对焊接残余应力影响的试验研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com振动时效对焊接残余应力影响的试验研究王德全，刘新杰(1．洛阳理工学院；2．中国一拖集团有限公司)摘要：为了解决某大型焊接结构件的焊接变形问题和提高其机加工后的尺寸稳定性，对该结构件进行残余应力测定及振动时效试验。试验结果表明，结构件尺寸稳定性与其焊接残余应力有关。振动时效能大幅度降低焊接结构件的焊接残余应力并改善残余应力的分布状态，提高其尺寸稳定性。关键词：焊接；残余应力；振动时效焊接技术已十分广泛地应用于现代工业制造1试验方法的各个领域。该技术使焊接结构具有结构合理，节省材料以及制造成本低等优点。因此现代很多大

2、型1．1试验对象结构件均采用焊接结构。焊接时焊缝的温度极高，本试验对象是DXZ250／2500型移动台车架，该而离开热源后，焊缝温度急剧下降，这样就会在焊台车架为框架式焊接结构，如图1所示。材料为缝及其附近(焊缝热影响区)存在急剧变化的瞬态Q345C，长4200mm，宽3650mm。主要焊缝为上、温度场【1]。因此工件在冷却过程中的收缩量差别很下盖板(厚度为32mm钢板)与立板(厚度为16mm大，使得焊缝及其附近区域产生一定的焊接残余应钢板)组焊而成的角焊缝。力及焊接变形。这种焊接残余应力及焊接变形的存在，将影响结构件产品的质量及疲劳强度[2l。在

3、制造过程中，焊接结构件因焊接而产生的残余应力是无法避免的[3】，为此准确地了解焊接结构件的残余应力分布规律是设计者和制造者迫切需要解决的问题，这对指导焊接工艺的制定以及最终制造工艺的确定具有重要意义。此外，采取有效的办法减小残余应力并改善应力分布状况是提高产品质量，保证结构件安全性和可靠性的有效措施。图1DXZ250／2500型移动台车架要精确测量结构件的残余应力是十分复杂的，通常1．2焊接工艺采用电阻应变片测试法，但这种方法对工件有一定为保证焊缝的内部质量(达到全熔透焊缝)及的破坏性，不适合成品结构件的测量。利用有限元焊缝成形美观，采用船形焊接，

4、CO：气体保护焊打模拟法评估大型结构件残余应力水平的方法对影底，埋弧自动焊盖面。具体工艺参数为：CO气体保响因素十分复杂的结构件显然也不适合阁。本试验护焊所用焊丝牌号为H08MnSi，直径1．0mm；焊接以某大型工程机械结构件为例用X—ray衍射法测量电流200—230A；气体流量l4～18Umin。埋弧焊的工件的残余应力以确定其应力水平，再通过振动时焊丝直径3．0mm；焊接电流600～650A；焊接速度效的办法改善其残余应力分布，取得了良好效果。20~23m／h。作者简介：王德全(1962一)，男，高级工程师，研究方向：金属材料及工艺。一29—学

5、兔兔www.xuetutu.com1．3测量位置表2第2台工件残余应力测试结果l~~IP残余应力测试位置为上盖板与立板对接的角lt测量位置振动时效前振动时效后焊缝(距前横梁80～200ram)。测点距焊缝边缘2～41781l0mm，沿平行焊缝方向分布，各点的间距约为10mm。21l4651．4试验方案3103lo0首先对结构件进行残余应力测定以确定其残4154120余应力水平及分布，再对该结构件进行振动时效试5’14857验，同时对其振动时效后再进行残余应力测试(在67481相同的部位并用相同的测试参数)，以比较振动时7256161效前后残余应力的

6、变化。8127901．5试验参数924Ol3I振动时效的工艺参数为：激振器转速1200r／l021677min，激振力650N，振动时间24min。平均值15199残余应力测试采用X—ray衍射法。具体测试参表3第3台工件残余应力测试结果l~[Pil数为：X光管电压220kV，X光管电流6mA，光阑张角2。，扫描速率0．2o)／s，定峰方式采用半高宽度。测量位置振动时效前振动时效后被测部位表面采用砂轮修磨，然后采用电解抛光以1l153724347消除表面的加工应力。393432试验结果41142954426按照以上试验方案对3件同一型号的台车架61

7、8581进行试验，所得试验结果如表1表3所示。715012O3结果分析81010平均值1O5593．1振动时效前的残余应力从表1～表3的试验结果可以看出：结构件在振明显的差异。其中第3台台车架的残余应力明显低动时效前，残余应力普遍较高，其峰值已超过材料于另外两台。屈服强度的一半，而3台工件的残余应力水平有着在焊接过程中由于多层焊接使温度多次叠加，表1第1台工件残余应力测试结果MPa导致温度场产生剧烈的变化，这是产生较高残余应力的主要原因之一。同时由于工件结构复杂，无法测量位置振动时效前振动时效后采用自由焊接，在焊接过程中残余应力无法得到释1179l

8、32220036放，表中所反映的残余应力实际上是焊接残余应力3194113与结构应力的叠加结果，所以表现出3台构件残余41