薄板随焊锤击防止热裂纹的工艺研究

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1、随焊锤击防止薄板焊接热裂纹的工艺研究　　　　　　　摘要:针对焊接时薄板构件产生焊接热裂纹倾向大的缺点，从力学角度出发，采用随焊锤击的焊接新工艺，并利用试验和测试技术，来达到防止薄板焊接热裂纹的目的，开辟一条解决焊接热裂纹的新途径。讨论了随焊锤击防止热裂纹的基本原理，对比了常规焊条件下和随焊锤击工艺条件下，试件的裂纹率情况，试验结果表明：随焊锤击能够有效地防止焊接热裂纹的产生。关键词:随焊锤击焊接热裂纹脆性温度区间裂纹率PROCESSOFAVOIDINGWELDINGHOTCRACKINGOFTHIN　PLATEWITHTRAILINGPEENINGHarbinInstitut

2、eofTechnologyFangHongyuan,DongZhibo,XuWenliAbstractInordertoreducethetendencyofhotcrackinthinplatewelding,anewprocessnamedWeldingwithTrailingPeening(WWTP)isusedtopreventtheweldmentsfromweldinghotcrackbyexperimentsandmeasurementsfromtheviewofmechanics.AndthefundamentalprincipleofWWTPisdiscus

3、sed.ComparingthecrackrateonbothconditionofcommonweldingandweldingwithWWTP,experimentalresultsshowthatWWTPisaneffectivemethodtocontrolweldinghotcrack.Keywords：weldingwithtrailingpeening,weldinghotcrack,BTR,crackingrate0前言　　热裂纹是在焊接时高温下产生的[1］。根据所焊金属材料的不同，产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同。关于焊接热裂纹理论，国外在2

4、0世纪50年代就已经开始研究，目前公认较完善的是Прохоров理论[2］。该理论认为结晶裂纹的产生与否主要取决于以下三个方面：脆性温度区间的大小，在脆性温度区间内合金所具有的延性以及在脆性温度区间金属的变形率大小。　　焊接热裂纹是冶金因素和力学因素共同作用的结果，在焊接热裂纹的控制方面，以往主要是从冶金角度出发，设法改善焊接金属的抗裂性。但是从冶金角度防止热裂纹有其局限性。一方面不易防止近缝区的液化裂纹，因为这种热裂纹主要与母材成分有关。另一方面由于引入与母材异质的焊丝可能会牺牲部分接头使用性能。因此，对于薄板来说，单从冶金角度来控制焊接热裂纹是非常困难的。而从力学角度防

5、止焊接热裂纹的实质就是调整和改善焊接时的应力和应变情况，即采取适当措施使处于脆性温度区间的焊缝或热影响区金属承受一种外加压缩应变，以抵消焊接凝固过程中凝固收缩和热收缩及外部应力造成的致裂拉伸应变。力学角度防止焊接热裂纹的主要方法有：碾压法[3］随焊锤击方法是一种新的控制焊接热裂纹的力学方法，这种方法的基本原理与碾压法相似。但随焊锤击与碾压法相比又具有自己的独特优点：实验设备简单、质量轻，并且可以广泛适用于具有直焊缝和封闭环焊缝的焊接工件，对于控制焊接热裂纹和焊缝横向及纵向变形都非常有效。因此，随焊锤击工艺在控制焊接热裂纹和焊接变形方面的研究具有光明的前景。1随焊锤击法防止焊接

6、热裂纹的基本原理1.1热裂纹产生的基本机理　　为了更好地说明随焊锤击防止焊接热裂纹的基本原理，首先讨论一下，常规焊条件下热裂纹产生的基本机理。从力学角度来讲，焊接热裂纹的产生是由于在脆性温度区间焊缝或热影响区金属所承受的拉伸应变率大于它们的临界应变率（CST），如图1所示。　　　　　　　　　　　　　　　　　　式中，ε为焊缝或热影响区冷却时受到的内部应变或真实应变，T为温度。设εe为表观应变值，T为热应变，α为金属的热膨胀系数，则　　　时，即可防止焊接热裂纹的产生。1.2随焊锤击防止焊接热裂纹的基本原理　　在焊接过程中，热裂纹常产生于脆性温度区间（BTR）内，满足dε/dT＞C

7、ST条件时，则会产生焊接热裂纹。当焊缝或热影响区金属处于脆性温度区间时，在熔池后方一定距离内放置一气锤，跟随焊枪后方同步锤击BTR两侧金属，如图2所示。由于锤头距离熔池较近，锤头下方的金属处于较高温度。因此，锤头锤击焊缝两侧金属时，在锤头锤击力的作用下，会对处于BTR的焊缝或热影响区金属产生横向压应变εc，以满足dε/dT-dεc/dT