基于电磁控制的随焊锤击对焊接残余应力的影响
锤击消除焊接接头残余应力的数值模拟
锤击消除焊接接头残余应力的数值模拟字体: 小中大 | 打印发表于: 2007-7-02 09:09 作者: 麦蒂来源: 中国焊接之家社区邹增大王新洪曲仕尧摘要建立锤击作用的有限元数学模型,利用该模型对白口铸铁焊补时锤击消除焊接残余应力进行实例分析。
结果表明,在合适的焊接规范和工艺下,锤击不仅能有效地消除白口铸铁焊缝部位的应力,而且能促进热影响区拉伸残余应力的释放,甚至可以获得一定值的压应力。
当在840℃~360℃温度区间进行锤击时,可以获得最佳效果。
关键词锤击有限元模型残余应力白口铸铁数值模拟中国图书资料分类法分类号TG457.12锤击处理很早被引入焊接领域,初期主要应用于消除焊接变形。
通过观察分析,认为适当锤击可以消除和减少焊接裂纹,进而推断锤击有消除焊接残余应力的作用,因此在工艺中采用锤击处理,防止焊接裂纹的产生[1]。
一般认为,锤击处理消除焊接残余应力是使被处理金属通过锤击,在体内局部产生一定的塑性伸长,释放焊接过程产生的残余拉伸弹性应变,从而达到释放焊接残余应力的目的。
但由于锤击(特别是手工锤击)的不规范(锤击力的大小、频率、基体的力学性能及锤击区的温度等)及焊接残余应力准确测试的困难,故对于锤击处理与残余应力的关系,至今尚没有一个科学的和系统的研究[2]。
笔者通过建立锤击处理的有限元数学模型,模拟分析锤击工艺与消除残余应力的关系。
1 锤击作用的有限元数学模型根据数值分析在焊接中应用的基本理论[3],有外力作用时的有限元增量表达式为[K]e{d u}e={d R}e+{d F}e(1)式中,[K]e为单元刚度矩阵;{d u}e为单元位移;{d R}e为由温差引起的等效节点载荷;{d F}e为由外力引起的等效节点载荷,在此指由锤击作用产生的载荷。
1.1 锤击作用力的简化单锤重击的波形[4]见图1a,将其简化为正弦波见图1b,并表达锤击力(2)式中,η为载荷持续时间;P为锤击力峰值。
假设1 锤击力不是通过某个点传递到焊件,而是通过一定的作用面积均布在锤击作用区,锤击强度p=P(t)/A(3)式中,p为作用在锤击区的锤击强度;P(t)为瞬时锤击力;A为锤击的作用面积。
焊接顺序对T型接头残余应力及变形影响
焊接顺序对T型接头残余应力及变形的影响[摘要]:本文利用simufact welding专用焊接软件,模拟了5种不同焊接顺序对t型焊缝残余应力及变形的影响,并得到了最优的焊接顺序。
结果表明:残余应力和变形具有相反的变化趋势,先焊两端后焊中间分段焊法既可有效控制t型接头的残余应力,又可控制其变形量。
[关键词]:t型接头有限元模拟焊接顺序残余应力焊接变形引言焊接结构一个很明显的特点是有较大的焊接应力和变形。
焊接应力和变形不但可能引起热裂纹、冷裂纹、脆性断裂等工艺缺陷,而且在一定条件下将影响结构的承载能力,如强度,刚度和受压稳定性。
除此以外还将影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。
因此,在设计和制造时充分考虑焊接应力和变形这一特点是十分重要的[1][2]。
采取合理焊接工艺控制焊接残余应力和变形,对于提高结构件使用寿命具有重要的意义。
焊缝残余应力和变形的复杂性使得以通过试验、检测等手段获得残余应力分布规律变得很困难,精度难以保证。
在计算机高速发展的今天,大多采用数值模拟的方法[3]。
因此本文以泵车臂架和支腿结构为研究对象,利用simufact welding专用焊接软件优化工艺设计,提出合理的施焊方案,使变形和残余应力得到控制,以满足结构的使用要求。
1.有限元模型建立1.1 模型建立泵车臂架和支腿为典型的箱体结构,由顶底板、两侧板和焊缝组成,一般实际结构尺寸较大,为了方便计算,取实际结构的一部分建立简化模型(尺寸:底板和侧板尺寸为150×450×8mm),如图1所示。
1.2 网格划分为提高计算效率并保证计算精度,在温度梯度较大的焊缝及热影响区网格划分较密,而远离焊缝和热影响区的区域网格较粗,本网格有限元模型采用六面体和四面体混合网格,网格划分结果为9090个节点,5800个单元,有限元划分结果如图1所示。
1.3 材料特性由于泵车臂架和支腿均为高强钢焊接结构,本次模拟选用16mncr5作为高强钢材料,其热物理参数和力学性能参数随着温度变化而变化,如下表1所示。
无损焊接残余应力 x射线
无损焊接残余应力 x射线一、无损焊接残余应力的介绍无损焊接残余应力是指焊接过程中由于热影响造成的焊接接头附近产生的应力。
焊接过程中,电弧或火焰的高温加热使得被焊接的材料局部膨胀,而冷却后又会产生收缩,导致焊接接头附近产生残余应力。
焊接过程中的残余应力对于焊接接头和焊接件的性能和寿命有着重要的影响。
首先,焊接残余应力会导致焊接接头的变形,使得焊接接头处于不稳定状态,容易产生裂纹和断裂。
其次,焊接残余应力也会影响焊接接头的力学性能,降低焊接接头的承载能力和抗疲劳性能。
最后,焊接残余应力还会影响焊接接头和焊接件的耐腐蚀性能,加速材料的腐蚀和氧化。
二、无损焊接残余应力的测试方法为了有效评估焊接件的残余应力,可以采用多种无损测试方法,其中最常用的是X射线方法。
X射线是一种电磁辐射,其波长较短,能够穿透物质并在后方产生相对强度较高的影像。
通过X射线检测,可以观察到物体内部的缺陷、残余应力等信息。
在焊接残余应力的测试中,常用的X射线测试方法有普通射线法和应力分析法。
1.普通射线法:通过拍摄焊接件的普通X射线照片,利用像差或位移等现象来分析焊接接头的残余应力。
该方法简便,但只能获得定性的结果,对残余应力的大小和分布不能进行准确的定量分析。
2.应力分析法:该方法是通过测量残余应力造成的晶体晶格畸变来评估焊接接头的残余应力。
该方法相对于普通射线法来说,可以获得较为准确的残余应力大小和分布图,但需要对测试结果进行一定的处理和分析。
三、利用X射线检测焊接残余应力的应用1.评估焊接件质量:通过X射线检测焊接件的残余应力,可以评估焊接接头的质量,并及时采取相应措施改善焊接工艺,避免焊接接头的断裂和故障。
2.优化焊接工艺:通过对焊接接头进行X射线检测,可以了解焊接接头的残余应力分布情况,进而优化焊接工艺,降低焊接接头的残余应力,提高焊接接头的性能和寿命。
3.预防裂纹和断裂:焊接接头的残余应力往往是导致裂纹和断裂的主要原因之一。
焊接残余应力对焊接结构的影响
焊接残余应力对焊接结构的影响【摘要】阐述了焊接残余应力产生的原因及其影响因素,分析了焊接残余应力对焊接结构的影响,同时,就如何有效消除焊接残余应力进行了深入的探讨,为焊接残余应力提供了参考依据。
【关键词】焊接残余应力;焊接结构;影响钢材在冷却和焊接的过程中,由于收缩、膨胀的速度和程度不同,往往就会在焊接局部结构处形成很不均匀的温度场,从而产生塑性变形现象,而这种塑性变形是具有不可逆转性的。
在焊接完全冷却后,残留在焊件内的残余应力则为焊接残余应力。
焊接残余应力是焊接结构发生脆断的重要原因,焊接部位材料的有效比例极限会随着焊接残余应力的增大而大幅度降低,受压构件的刚度、焊接结构的耐腐蚀能力、抗疲劳能力都会随之而降低,另外,焊接残余应力还是焊接结构开裂、变形等缺陷的主要原因。
本文就焊接残余应力对焊接结构的影响进行探讨。
1 产生的原因及影响因素一般来说,都是由于焊接结构在焊接过程中受热不均匀而导致产生焊接残余应力。
焊接残余应力可分为沿厚度方向的焊接残余应力(图1)、横向焊接残余应力(图2)及纵向焊接残余应力(图3)1.1产生原因而按照发生的来源来分,焊接残余应力可以分为三种类型:一是,比热容变化产生的组织变化而引起的焊接残余应力,尽管不同的钢材具有不同的碳含量,但我们必须要充分考虑到平均冷却速度和相变温度;二是,直接产生的焊接残余应力,这种残余应力是焊接残余应力的关键,主要是由冷却的温度梯度和不均匀加热来决定的;三是,间接产生的残余应力,这种残余应力往往都是在焊接开始之前由于焊件加工所导致的。
如果焊件在焊接开始之前经过了拉拔或者轧刹之后,都会存在这种应力,也会在焊后的变形中产生附加性影响。
1.2影响因素影响焊接残余应力产生的影响因素主要有两种:一是,不同的焊接热源模型的影响。
焊接残余应力产生和焊接分析的关键性因素就是热源的输人类型,不同的热源模型往往会导致焊接温度场分布不同,进而造成焊接残余应力分布不同;二是,随温度变化的材料力学性能和热物理性能的影响。
焊接残余应力形成机制与消除原理若干问题的讨论
区域治理综合信息残余应力是指消除外力或不均匀的温度场等作用后,仍留在物体内的内应力。
焊接、锻压、切削加工、喷丸、金属热处理等产生不均匀塑性变形或相变的行为都能引起残余应力。
残余应力一般是有害的,残余应力的存在严重影响工件的疲劳强度、耐腐蚀性能以及工件的精度,使工件在服役过程中产生变形和开裂,进而影响工件的使用寿命,因此对工件残余应力的测量以及消除,对于进一步完善工件制造工艺以及保证工件使用安全具有重大意义。
一、残余应力的检测目前关于残余应力的检测方法主要分为机械测量法和无损测量法2大类。
机械测量法是对工件进行切割或分离,使内部应力得到释放,测量工件的应变,从而计算出残余应力。
机械检测法对工件本身会造成一定程度的破坏。
常见的机械测量法包括钻孔法、切条法、套孔法等。
无损测量法就是利用声、光、磁和电等特性,在不损害或不影响被测量对象使用性能的前提下,来测量残余应力的方法。
无损测量法主要包括磁测法、X射线衍射法、超声波法等。
1 钻孔法该方法具有测量精度高、操作方便、设备便宜等优点,被ASTM确定为标准的残余应力测量方法。
传统钻孔法只能测量工件表面层下沿深度均匀变化的平均残余应力,对于非均匀残余应力其精度较差,近年来逐步发展出一种新型的钻孔测量法:逐层钻孔法。
逐层钻孔法是通过有限元法计算校准系数矩阵,构建的一种非均匀应力测试方法。
钻孔法与其他方法相结合的测试方法应用也很广泛,如结合盲孔法和DIC测量技术的DIC-盲孔法,该方法采用DIC测量技术代替了传统盲孔法中应变仪,使检测更为简便、快捷。
陈玲玲提出的结合电子散斑干涉法和钻孔法的残余应力测定方法,该方法利用半导体激光器,使光路和CCD布置在倾斜平面上,避开了钻孔方向,从而可以实现单向压缩残余应力的实时测定。
2 X射线衍射法X射线衍射法测量残余应力对工件没有消损,测量结果较为精确,且可以重复测试,适用于具有良好晶体结构的材料,但该方法对试样尺寸和几何形状具有很大的限制,且测试所需的X射线衍射仪较为昂贵]。
钢结构焊接残余应力的影响因素与控制
钢结构焊接残余应力的影响因素与控制摘要焊接残余应力对钢结构的刚度、稳定性、疲劳性能产生影响。
焊接残余应力的影响因素、控制。
关键词焊接残余应力;因素;控制钢结构焊接是局部被高温加热、熔化,加热区域受热膨胀,随后连续冷却收缩凝固的过程。
过程中焊件存在应力场、温度场和变形场及显微组织状态场的变化,且相互影响。
当产生的热应力、相变应力、超过材料屈服极限时,在焊缝及近焊缝区产生拉应力和母材的压应力在数值上达到自身平衡时的应力状态,称为焊接残余应力。
焊接残余应力沿焊缝横向、纵向及板材厚度方向分布,对钢结构的刚度、稳定性、疲劳性能产生影响。
1 焊接残余应力的影响因素1)焊接热源。
焊接时对焊件进行局部加热,热源中心温度达1600 ℃以上,焊件上每一点距焊缝的距离不同,其温度在瞬间都在变化,温度场随时改变。
且热输入的不均匀性更增加了焊件的温度梯度,影响焊接残余应力的大小。
焊件冷却时一般是在自然条件下进行的,从800 ℃冷却至500 ℃所需的时间t8/5决定热影响区域的金相组织,影响焊接残余应力、应变的大小。
2)焊接材料。
母材的熔化温度Tm高时引起高的焊接残余应力。
线膨胀系数a、弹性模量E、屈服强度σS随温度变化,影响焊接残余应力的大小。
不同的母材其变化的总体规律是:高温条件下线膨胀系数α随温度的增加而呈线性增加;屈服强度σS、弹性模量E根据母材的不同在不同的温度区间呈曲线或直线下降。
3)相变时比容变化。
钢材加热及冷却发生相变引起比容及性能的变化。
一般情况下钢材由奥氏体转变为铁素体、珠光体的温度在700 ℃以上,不影响残余应力。
但随着冷却速度的加快或合金及碳元素的增加,在低温下发生γ-α相变,体积膨胀,产生压缩焊接残余应力。
4)焊接参数。
正常焊接条件下,在保持焊接电流不变的情况下,提高焊接速度,焊接温度场变细长,温度梯度增加,焊接残余应力增大;在保持焊接速度不变的情况下,增大焊接电流,焊接温度场变长且宽,温度梯度增加,焊接残余应力增大。
超声波振动锤击法消减焊接残余应力的应用
1 序言
我国是钢结构焊接生产大国,随着焊接技术的 不断进步,对钢结构的焊接质量要求越来越严格, 为此焊后对消除或降低焊接残余应力的工艺需求也 同步提高。超声波振动锤击工艺是一种近年来新发 展起来的焊后处理消应力技术,具有能耗低、效 率高等特点。在大厚板的施焊中,因为构件刚性较 大,所以在构件内部会产生很大的焊接残余应力。
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锤击处理是一种非常有效的消除焊接
锤击法消除焊接残余应力的研究(已处理)
锤击法消除焊接残余应力的研究山东大学硕士学位论文锤击法消除焊接残余应力的研究姓名:李强申请学位级别:硕士专业:材料加工工程指导教师:曲仕尧2001.11.8山东大学硕士学位论文锤击法消除焊接残余应力的研究摘要本文采用小孔法测试锤击前后焊接残余应力的变化,研究了锤击处理参数对残余应力的影响,用扫描电镜和显微硬度仪对锤击处理前后焊缝的组织形貌和硬度变化进行了检测分析,并探讨了锤击法消除焊接残余应力的机理。
/取得了以下主要成果。
~焊缝经过锤击处理后,熔合区附近的残余应力降低幅值最大。
母材上距熔合区越远的部位,应力降低幅值越小。
冲击能量对焊接残余应力的消除效果有很大影响。
随着冲击能量的增大,熔合线附近残余应力降低幅度增大;当冲击能量达一定值时,残余应力变化速度减缓。
单次冲击能量对残余应力的影响比锤击时间大,锤击处理时采用大冲击功、短冲击时间时消除应力效果较好。
高温锤击时,焊缝的塑性较好,变形阻力小,残余应力的消除效果比室温锤击时好。
锤头端面尺寸较小时,锤头吸收的能量较小,焊缝的变形程度较大,对消除残余应力有利卜/焊缝经过锤击处理后,表层金属发生塑性变形,硬度升高。
焊缝金属受到冲击载荷作用后,产生径向延伸,抵消了焊缝的残余弹性变形,从而降低了残余应力。
关键词:焊接锤击处理残余应力小孔法山东大学硕士学位论文,,......, . . ,....山东大学硕士学位论文., . ,. ’,, .,.,:..山东大学硕士学位论文.绪论在机械制造过程中,很多工序都会在材料内部形成残余应力。
总的来说,残余应力可分为两类,一类是由于在整体结构中,各部件尺寸/:协调而强行装生的残余应力;另一类是由于材料内部产生各区域之间自平衡的残余应力。
在焊接结构中,后一类残余应力的产生尤为普遍【】。
这是由于焊接接头处的不均匀加热和冷却,不均匀温度场所造成的内应力达到材料的屈服极限,使局部区域产生塑性变形,当温度恢复到原始的均匀状态后,就产生残余应力。
焊接后热处理技术及焊接残余应力的影响分析
焊接后热处理技术及焊接残余应力的影响分析焊件施焊后,结构受加热影响会出现局部塑性变形情况,温度降低后,焊件内部会残余部分应力,直接弱化工件机械强度,继而引发裂纹等不良现象。
作为技术人员试验后,应明确掌握焊接残余应力的影响因素与热处理技术,实现残余应力峰值的有效控制,确保焊接质量。
标签:焊接;热处理技术;残余应力受焊接原材料、热源等因素影响,焊接后会残余部分应力,直接降低焊接结构的静力、疲劳强度与刚度,缩短工件使用寿命。
热处理技术可有效消除焊接残余应力,但前提是合理模拟温度与应力场数值,确保焊接残余应力有效消除且处于平稳状态。
一、焊接残余应力主要影响因素1焊接原材料焊接残余应力直接受原材料熔化温度影响,两者存在正相关。
除此之外,残余应力还受弹性模量、屈服强度与膨胀系数等因素影响。
不同的原材料种类,弹性模量、屈服强度等反应不同,残余应力大小也不同。
尤其是膨胀系数,当去处于高温环境中时,温度会持续增加,呈线性增加状态[1]。
2焊接参数通常情况下,要求焊接电流不变,需要提高焊接效率,与此同时,此时焊接温度场将延长,焊接梯度、残余应力随之增加。
要求焊接速度不变,需要提升焊接电流强度,与此同时,焊接温度场长宽拓展,焊接梯度、残余应力随之增加。
3焊接热源焊接属于不均匀的局部加热过程,热源中心温度持续升高,焊缝施焊后,焊件不同点温度发生变化,温度场随之改变。
与此同时,焊件温度梯度、残余应力也受到影响。
4焊接比容焊件加热、冷却后,会出现相变作用,继而引起比容与性能等发生变化。
当钢材温度超过700℃时,会实现奥氏体、铁素体的转变,残余应力可不计,随着温度降低,碳元素数量与合金数量等不断增加,钢结构逐渐产生相变,在体积快速膨胀作用下,会形成残余应力[2]。
二、焊接残余应力对构件的危害1焊件静力强度下降焊件结构在承载力影响下,会产生一定的塑性变形能力。
屈服强度区域应力随者荷载力的增加而加大,不在屈服强度的区域应力也随之改变,此时,静力强度不受焊接残余应力影响。
浅析在役焊接接头残余应力分布的影响因素
浅析在役焊接接头残余应力分布的影响因素摘要:为了调控焊接残余应力,保证在役焊接修复后管线的正常运行,针对现场焊接时可调节的焊接工艺,以及不同在役条件研究在役焊接接头残余应力的变化情况。
本文探讨了在役焊接时管内气体介质流速、压力和焊接线能量对管道内表面轴向、环向残余应力的影响,关键词:焊接、残余应力、近缝区、焊接接头一、焊接线能量的影响焊接线能量的不同会对焊接区经受的热循环和相变造成影响,从而会影响焊接应力的分布。
在管道结构(外径508mm,壁厚8mm)、气体介质压力(4MPa)、流速(1.Sm/s)不变的情况下,分别计算了四组焊接工艺参数下(见下表)管道内表面的轴向和环向残余应力,并进行比较,探讨了焊接线能量对在役焊接残余应力的影响。
表1:焊接工艺参数管道内壁轴向残余应力随焊接线能量的变化规律如图1 (a)所示。
可见,焊接线能量对近缝区(< l0mm)残余应力影响比较大,轴向应力基本是随焊接线能量的增大而增大。
在焊接线能量较小时,残余应力增加比较显著,而焊接线能量增大到10.8kJ/cm(即焊接工艺参数B)之后,残余应力增加速度趋于缓慢。
图1(b)为环向应力随焊接线能量变化情况,与轴向应力相同,线能量对近缝区(< l 0mm)环向应力影响较大,在远离焊接中心的地方,线能量对残余应力的分布基本没有影响。
(a)轴向应力(b)环向应力图1:热输入量对在役焊接残余应力的影响分析认为,焊接线能量增大能够提高近缝区热循环的峰值温度和高温停留时间,从而增加了接头金属高温膨胀时产生的朔性压缩变形区间,母材中的朔性压缩应变是导致焊后残余应力的主要原因。
在凝固过程中,己膨胀的金属受到的朔性压缩是焊缝金属收缩的主要部分,其收缩量与压缩变形程度成正比,从而使得焊后在近缝区产生较大的残余应力。
同时随着焊接线能量的增加,焊后接头的冷却能力降低,会增加相变对焊接残余应力的缓释作用,同时降低热收缩变形,从而减小残余应力的产生。
残余应力对钢轨焊接接头落锤试验性能的影响
电弧焊 接头 的残余 应 力分 布及其 变 化情 况进 行 了测
量 和 比较 , 并 结 合落锤试 验结 果 , 分 析 了焊接 残余 应
件》 要 求钢 轨 的轨底 残余拉 应力 不大 于 2 5 0 MP a J .
气压焊 .钢轨接 头 的焊接 残 余 应力 不 仅 会 降低 钢 轨 的力学 性 能 , 增加变形 , 影 响 钢 轨 表 面 的 平顺 度 , 而
0 序
言
般 没有 问题 .文献 [ 9 ] 分析认 为 , 轨底 残余 拉应 力
越大 , 落锤试 验 的第 1锤造 成 的钢轨 残余 挠 度越 小 ,
对 疲 劳性 能 也 有 较 在钢轨 制造 的轧 制 和 矫 直 阶 段 、 接 头 焊 接 及 无 钢 轨发 生 断裂 的落 锤 次 数减 少 , 大影 响 ; 轨 底残余 拉应 力应 不大 于 2 0 0 MP a . 缝 线路 服役 过 程 中 , 由于存 在 宽 范 围 和不 均 匀 的温 度变化 , 钢 轨及 其 焊 接 接 头 内部 将 产 生 温 度 应 力 和 采 用 自保护 药芯 焊丝 的窄 间隙 自动 电弧 焊是 适 ” .为 了科 学制 定焊 残余应 力 .目前 , 国 内对 钢 轨残 余 应 力 的分 析 , 大 多 用 于钢 轨现 场原 位焊 的新方 法 进 一 步 改 善钢 轨 接 头 的 集 中在 与钢 轨制 造 和无缝线 路 服役 过 程相 关 的温 度 接 和接 头热 处理 工艺 规 范 , 加 快 和 促 进其 在 无 缝 线路 钢轨 现 场 原 位 应 力 .钢 轨制 造 时 , 矫 直 后 的钢 轨 轨 头 和 轨 底 存 在 力 学性 能 , 对 火焰 热 处 理 前 后 的钢 轨 窄 间隙 残余拉 应 力 , 轨 腰存在 压 应力¨ J , 铁 道 行 业 标 准 焊 中的推广 应用 , T B / T 2 3 4 4 -2 0 1 2《 4 3~7 5 k g / m 钢 轨 订 货 技 术 条
icr技术调研解读
ICR技术技术调研摘要锤击处理是一种非常有效的消除焊接应力的方法,具有独特的优越性。
本文采用小孔法测量锤击前后铸铁试件在不同位置处的焊接应力值,研究锤击处理参数对焊接应力的影响用光学显微镜对锤击处理前后焊缝的组织进行检测分析,着重研究了锤击力和锤击温度对铸铁焊缝显微硬度的影响,并探讨了锤击处理消除焊接应力的机理。
通过锤击处理试验得出以下结果(1)锤击处理是一种很好的消应力手段,经过锤击后的试件,残余应力明显下降,在焊缝附近应力降低的幅值最大,随着距焊缝熔合线距离的增大,残余应力降低的幅度变小。
(2)随着锤击力的增加,试件各处残余应力降低幅度的增大,其增大的速度由快变慢。
(3)高温锤击时,焊缝的塑性较好,锤击消应力效果显著,而低温锤击时,焊缝的塑性较差,极易形成裂纹适当增加锤击频率和锤击持续时间,焊缝的变形程度增加,有利于焊接应力的消除。
(4)经过锤击后的试件,焊缝区组织晶粒明显细化,表层金属发生塑性变形,显微硬度增高。
锤击处理之所以能够消除铸铁焊接应力,是因为焊缝金属受到冲击载荷作用后,发生塑性变形,产生两维延伸,抵消了焊接时焊缝的残余弹性变形,达到了降低残余应力的目的。
一.焊接技术1.1焊接技术的发展焊接技术在工业生产中的应用时间并不长,但是它的发展是非常迅速的,在短短的几十年中,焊接技术已经运用于许多工业部门的金属结构中,无论是小型零件,还是大型结构,都在不断地扩大焊接结构的比重,尤其在压力容器、重型机械、造船、化工和石油设备等领域中,应用更为广泛。
焊接结构应用如此广泛,其根本原因在于它本身具有优于其他结构的特点,如它的水密性和气密性好,在厚度方向上几乎不受限制,结构设计简单等。
当然,焊接结构也有一些缺点,在焊接生产中容易产生缺陷,对材料敏感,焊后存在较大的焊接残余应力等。
焊接残余应力的存在对构件的承载能力有很不利的影响:(1)焊接残余应力对静强度的影响。
对于没有严重应力集中的焊接构件,只要材料有足够的延性,能进行塑性变形,残余应力的存在并不影响构件的承载能力,也就是说对强度没有影响。
焊接过程中的电磁场效应研究
焊接过程中的电磁场效应研究引言焊接是一种常见的金属加工方法,通常在制造业、建筑业和汽车工业等领域中广泛应用。
在焊接过程中,除了热量和力量的作用外,电磁场也会对焊接过程产生影响。
本文将研究焊接过程中的电磁场效应,探究电磁场对焊接过程的影响及其机制。
电磁场的形成与特点焊接过程中的电磁场主要源于电流的作用。
当电流通过焊接电极和工件时,会在焊接区域形成一个电流回路。
根据电磁感应定律,通过电流回路会产生闭合的磁场线圈,即焊接过程中的电磁场。
电磁场的形成导致焊接区域内的磁场分布较为复杂,不仅存在磁感应强度的变化,还可能由于焊接电流的变化而产生变化的磁场频率。
电磁场的特点主要取决于焊接电流的大小和频率。
一般来说,焊接电流越大,电磁场的强度也越大。
而焊接电流的频率则会影响电磁场的频谱分布,从而影响电磁场对焊接过程的影响。
焊接过程中的电磁场效应热效应焊接过程中产生的电磁场会对焊接区域内的热量分布产生影响。
电磁场的存在会改变热传导的路径,从而导致焊接区域的温度分布发生变化。
此外,电磁场也会引起焊接区域内的液体金属流动,进一步改变热量的传输方式。
这些影响导致焊接区域的温度分布不均匀,可能引起焊接缺陷的产生。
力学效应焊接过程中的电磁场也会对焊接区域的力学性能产生影响。
电磁场的存在会改变焊接区域内的应力分布,从而导致焊接接头的变形和残余应力的产生。
这些变形和应力可能导致焊接接头的疲劳寿命降低或造成焊接接头的开裂。
电磁效应焊接过程中的电磁场还会对焊接区域的电子和离子产生影响。
电磁场的存在会导致焊接电极和工件之间形成一个电势差,从而在焊接区域产生电子和离子的迁移。
这种电子和离子迁移的行为可能会导致焊接区域内的电子浓度和电场强度发生变化,从而影响焊接区域的电学性能。
电磁场的调控与优化鉴于焊接过程中电磁场的重要性,研究人员提出了多种方法来调控和优化焊接过程中的电磁场效应。
电流参数的优化通过调整焊接电流的大小和频率,可以控制焊接过程中的电磁场强度和频谱分布。
基于锤击介入温度的残余应力锤击消除控制方法与系统[发明专利]
专利名称:基于锤击介入温度的残余应力锤击消除控制方法与系统
专利类型:发明专利
发明人:权国政,鹿超龙,温志航,赵江,周杰,董旭刚,潘成海,张建生
申请号:CN202010566178.8
申请日:20200619
公开号:CN111676354A
公开日:
20200918
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开一种基于锤击介入温度的残余应力锤击消除控制方法,包括锤击介入温度自反馈控制,当焊缝冷却到锤击介入温度时,控制锤击系统对焊缝进行锤击;锤击结束后,根据锤击变形量‑锤击消除残余应力效果响应关系计算锤击后残余应力分布;当锤击后残余应力分布不满足目标残余应力分布时,根据锤击介入温度‑锤击消除残余应力效果响应关系更新锤击介入温度。
本发明还公开了一种锤击消应力系统与锤击消应力系统包括工艺数据库、响应关系数据库、焊缝温度监测系统、焊缝变形量识别系统、工艺参数优化系统与控制中心。
本发明将控制锤击变形量转变为控制锤击介入温度,锤击消应力效果可控,同时避免了盲目追求锤击变形量带来的负面影响。
申请人:重庆大学,重庆大江杰信锻造有限公司,重庆佛思坦智能装备有限公司
地址:400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
国籍:CN
代理机构:重庆博凯知识产权代理有限公司
代理人:周玉玲
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焊接热输入对堆焊残余应力和变形的影响分析
焊接热输入对堆焊残余应力和变形的影响分析摘要:堆焊过程中不均匀的热输入容易导致焊件产生残余应力和一定程度的变形,影响焊件的结构强度和使用寿命。
基于此,本文主要对焊接热输入对堆焊残余应力以及变形相关影响进行了简要的分析,希望可以为相关工作人员提供一定借鉴。
关键词:焊接热输入;堆焊;残余应力;变形;影响分析引言随着我国各个行业的不断发展,对焊接性与抗高温性能提出了更高的要求。
本文中隔一天研究了焊接热输入对堆焊残余应力和变形影响,并优化了堆焊焊接工艺。
1残余应力以及变形相关概述1.1残余应力残余应力对焊接结构的寿命有不利影响,一般情况下,高运行应力与高残余拉应力叠加,将促使焊接结构断裂的发生。
残余应力还提高蠕变、疲劳和环境损伤发展的速率。
在焊接加热过程中,焊缝熔融金属周围由于热和膨胀会产生压缩屈服。
焊接冷却过程中则相反,由于焊缝冷却和收缩沿焊缝纵向会产生残余拉应力,因此,焊接结构的残余应力的产生是由于局部不均匀的加热和冷却导致的。
当残余拉应力超过材料的屈服强度极限,将导致结构发生变形,焊接过程中为避免发生更大的变形,对焊接构件进行约束将产生更大的残余应力。
然而,残余压应力一般认为是有益的,但是它会引起焊接结构抗屈曲能力的下降。
所以,应根据焊接构件的服役条件控制焊接残余应力。
1.2变形钢材的焊接通常采用熔化焊方法。
在接头处局部加热,使被焊接材料与添加的焊接材料熔化成液体金属,形成熔池,随后冷却凝固成固态金属,使原来分开的钢材连接成整体。
由于焊接加热,融合线以外的母材产生膨胀,接着冷却,熔池金属和熔合线附近母材产生收缩,因加热、冷却这种热变化在局部范围内急速进行,膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形。
这样,在焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来。
2焊接热输入对堆焊残余应力和变形的影响2.1焊件温度场分析在焊接过程中,整个温度分布不均匀,焊件高度方向的温度梯度小,焊件长度方向的平均温度高于宽度方向的平均温度;最高温度。
钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术刘大明
钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术刘大明摘要:近年来,科技迅猛发展,随着现代化科学技术的快速发展,我国的焊接加工技术也在不断发展进步,现代化焊接加工技术具有比较明显的技术优势,能够提高钢结构焊接的精细化水平。
在钢结构加工中,焊接作为应用比较普遍的操作技术,在钢结构加工中应用焊接技术,能够加快操作速度,使钢结构加工更加便捷,节约大量的钢材。
然而在钢结构焊接加工中,容易产生焊接残余应力,这也将对钢结构的形态产生不利影响。
通常来看,在钢结构焊接中出现残余应力,主要是因为焊件的受热和冷却条件不均匀,所以导致钢结构出现热胀冷缩的反应,最终出现变形问题,这也将对钢结构的应用性能产生不利影响。
钢结构是现代建筑主要结构,焊接钢结构残余应力会导致结构产生疲劳裂纹,导致局部受损并逐渐影响整个钢结构性能.我国从20世纪80年代开始进行焊接数值模拟的研究工作,考虑了材料的物理、力学常数随温度的变化,对一个简单的焊接模型进行了焊接过程的力学行为研究,表明线性单元在保证较高分析精度的同时,能够有效缩减计算时间,提高计算效率。
关键词:钢结构焊接;残余应力;焊接变形控制技术引言焊接是钢结构材料的主要连接方法,其具有操作简单、连接快速以及节约钢材等优点,被广泛地应用于钢结构的连接过程中。
但是在实际的焊接过程中,钢结构的焊接质量会受到多种因素的影响,当没有将这些不利因素控制在合理范围内,就会导致钢结构的焊接质量发生不同程度的降低,甚至导致其焊接质量不合格,无法满足安全生产的要求。
通过对钢结构焊接的整个过程进行系统全面的分析,明确焊接残余应力和变形的形成原因,进而采取有针对性的改善措施,从而确保钢结构的焊接质量符合要求。
1焊接应力与焊接变形概述(1)焊接应力。
焊接应力是指在进行焊接时,受焊接热源、焊接热循环的作用,焊件受热不均而出现的内应力。
一般来讲基于焊接操作产生的不均匀温度场彻底消失之前,焊件中出现的内应力叫做瞬态焊接应力。
基于焊接操作产生的不均匀温度场彻底消失之后,焊件中出现的内应力叫做残余焊接应力。
焊接残余应力产生原因分析及消除方法
焊接残余应力产生原因分析及消除方法摘要:焊接应力即是在焊接结构时由于焊接而产生的内应力,它可以依据产生作用的时间被分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。
所谓焊接瞬时应力是指在焊接的过程中某一个焊接瞬时产生的焊接应力,它是会跟着时间的变化而发生变化的,而在焊接之后,某一个受到焊接的焊件内还残留的焊接应力被称为焊接残余应力。
关键词:焊接残余应力;原因;消除方法1产生焊接残余应力的原因之所以会产生焊接残余应力,主要是由于焊件在焊接的过程中所受到的加热是不均匀的。
按照焊接残余应力的发生来源,可将焊接残余应力分为直接应力、间接应力和组织应力三种。
(1)直接的焊接应力是焊接残余应力所产生的最主要的原因,它是受到不均匀的加热和冷却之后所产生的,根据加热和冷却时的温度梯度而发生变化。
(2)间接的焊接应力则是焊件由于焊前的加工状况造成的应力。
焊件在受到轧制和拉拔时会产生一定的残余应力。
间接的残余应力如果在某一种场合下叠加到焊接的残余应力上去,焊件受到焊接发生变形,也会将其影响附加到焊接残余应力上去。
而且,焊件一旦受到外来的某一种约束,产生相应的附加应力,也属于间接应力的范畴。
(3)组织应力也就是由相变造成的比容变化而产生的应力,它的产生是由于焊件的组织发生了变化。
虽说组织应力会由于含碳量和材料其他成分的不同而产生差异,但我们一般都会将其所产生的影响进行分析研究。
2焊接残余应力控制方法2.1焊接结构焊接是产生焊接残余应力的根本原因,减少焊缝数量和尺寸能有效减少焊接量,通过控制焊接量可有效减少应力。
在同等焊接强度下,焊缝尺寸较小的,其焊接残余应力较小。
应尽量避免多条焊缝在同一部位集中,焊缝距离过近时,焊缝间会产生耦合,形成复杂残余应力场,焊缝间距离一般应大于3倍板厚且不小于100mm。
应尽量采用刚度较小的焊接接头形式,其结构拘束度小,能够通过变形释放焊接应力,残余应力较小。
2.2焊接工艺结构组件拆分、焊前预热、焊接参数设置、焊接顺序等对焊接应力影响较大。
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作者简介: 李帅伦 ( 1981—) , 男, 河北蠡县人, 在读研究生.
Ⅱ ·英文标题、摘要及关键词·
焊接技术 第 37 卷第 4 期 2008 年 8 月
MIG welding technology of high str ength aluminum alloy YANG Bai, XU Liang-hong, PENG Yun, et al. ( State Key Laboratory of Advanced Steel Processes and Products, Iron & Steel Research Institute, Beijing 100081, China) P30- 33 Abstr act: 2519- T87 high strength aluminum alloy was welded using the wires researched by ourselves, and the effects of the heat input and filler metals on the mechanical properties of the weld joints were also studied. The results indicated that mechanical properties of the joints welded by the filler metals researched by ourselves were higher than that of the joints welded by ER2319, and the filler metal which contained Cr had the best as-welded and post-welded tensile strength, and the corresponding microstructure was also the finest. Low heat input was useful to reduce the width of second dendrite arm spacing and the segregation of Cu element, so the tensile strength of the joints were increased. Key wor ds: high strength aluminum alloy, filler metal, heat input, microstructure
对焊缝进行随焊锤击处理, 根据锤击前后试样的纵向
残余应力的变化幅度大小, 分析锤击温度对焊接残余
应力的影响, 其结果如图 4 所示。
焊接技术 第 37 卷第 4 期 2008 年 8 月
250
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距焊缝中心的距离 r/mm
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( 2) 从卷制前后的显微组织分析结果来看, 焊接
0
接头和各区微观形貌并无明显差别。
- 50 0
100 200 300 400 500 距 离 /mm
图 12 卷制后焊缝处的横向应力 σx 分布
( 3) 卷制后 Q345C 钢的 内 应 力 变 小 , 这 是 因 为 材料发生了塑性变形, 可抵消部分内应力。
66 ·焊接质量控制与管理· 文章编号: 1002- 025X( 2008) 04- 0066- 03
焊接技术 第 37 卷第 4 期 2008 年 8 月
基于电磁控制的随焊锤击对焊接残余应力的影响
李帅伦 1, 马跃进 1, 王冬银 2, 赵建国 1, 张文林 2
( 1.河北农业大学 机电工程学院, 河北 保定 071001; 2.石家庄力神锻压机床有限公司, 河北 正定 050800)
力的释放系数[ J] . 材料科学与工程学报, 2007, 25( 2) : 211- 213. [ 5] 李 强. 锤 击 法 消 除 焊 接 应 力 的 研 究 [ D] . 山 东 济 南 : 山 东 大 学 ,
2001. [ 6] 张平昌, 曲仕尧, 邹增大, 等. 新型锤击消应力装置的研制[ J] .
图中黑线是数值模拟所得结果, 弥散点状分布的 机械拉伸法是通过一次加载拉伸, 拉应力区在外力作
是实际测试结果; 两者相比基本吻合。
用下产生拉伸塑性变形, 它的方向与焊接时产生的压
该焊缝焊后进行整体卷制过程中, 材料发生了塑 缩塑性变形相反, 加载应力越高, 压缩塑性变形就抵
性变形, 从而可以抵消部分内应力。这一点从试验结 消得越多, 内应力也就消除得越彻底, 当外载荷使截
焊接前先将试件表面的锈打磨干净, 以免影响焊 接效果。 2.2.2 应力测试
目前常用的残余应力测量方法一般可分为两大 类, 即具有一定损伤性的机械释放测量法和无损测量 法。前者包括钻孔法、分割切条释放法、逐层铣削法 等; 后者包括 X 射线衍射法、电子散斑干涉法、磁 性法、超声波法等。
由于小孔释放法操作简单、测量方便、对构件损 伤程度小等特点, 所以用该方法测定残余应力在各行 业中越来越广泛地被使用[4]。特别是从 1981 年美国公 布了残余应力测试标准以来, 小孔释放法在工业中的 应用价值得到了进一步确认。小孔释放法就是在工件 上残余应力场内任意一点钻一小通孔或盲孔, 直径为 D ( 2 ̄2.4 mm) , 深为 h ( 约为 3 mm) 。由于打孔处的残 余应力得到释放, 原来的应力场将失去平衡, 小孔周 围将产生一定量的释放应变, 由测得的释放应变量运 用弹性力学理论即可计算出初始测试点的残余应力。
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距焊缝中心的距离 r/mm
图 3 锤击力对焊接残余应力变化幅度的影响
从图 3 可以看出: 在不同的锤击力作用下, 锤击处
理对于消除残余应力有很明显的效果。随焊锤击处理可
以很好地消除残余应力, 特别是在焊缝处, 残余应力的
工业经济的发展做出了重要贡献。而焊接残余应力的 余应力的方法, 与其它消除残余应力的方法相比, 操
存在可以导致产生热裂纹、冷裂纹及再热裂纹, 对构 作简单、施工方便、效率高, 可以节省能源, 降低成
件的承载能力有很大的影响。此外, 焊接残余应力还 本, 因而显示出一定的优越性, 并且在一些材料 ( 如
3 结论 通过随焊锤击消应力试验得出基于电磁控制的随
焊锤击处理是一种很好的消除焊接残余应力的工艺方 法。其中锤击力和锤击温度是影响锤击效果的主要工 艺参数。在焊缝处, 随着锤击力的增大, 应力降低的 幅值增大, 高温时锤击消除残余应力的效果比低温时 效果好。基于电磁控制的随焊锤击装置不仅可使焊缝 锤击处理工艺趋于规范化, 而且进一步扩大了自动化 锤击设备的应用范围, 同时也为深入研究锤击消应力 的 机 理 提 供 了 较 为 理 想 的 手 段 [ 6] 。
本试验测试应力所用 设 备 为 SDY2202 型 静 态 应 变仪。焊后用手动砂轮轻轻磨掉待测点处的飞溅, 然 后用砂纸打磨, 用丙酮清洗打磨位置后粘贴应变片。
纵向残余应力变化幅值 Δ /σMPa 纵向残余应力变化幅值 Δ /σMPa
68 ·焊接质量控制与管理·
然后进行钻孔和测试, 钻孔后等一段时间, 待应变仪 读数趋于稳定后进行读数。应力测试完后, 比较锤击 前后残余应力的变化, 从而确定锤击工艺参数对残余 应力的影响[5] 。 2.3 随焊锤击参数影响分析
铸铁) 的焊接中得到了广泛的应用。
收稿日期: 2008- 02- 13 基金项目: 河北省自然科学基金项目 ( E2006000528)
基于电磁控制的随焊锤击是在焊接过程中通过电 磁锤实时锤击焊缝及近缝区金属材料, 从而消除或减
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
1 随焊锤击方案的确定 随焊锤击处理是一种非常有效的消除焊接残余应力
的方法。它不仅可以有效地减小焊接残余应力, 甚至可 以在随焊锤击处理金属表面及一定深度范围内形成压应 力区, 从而改变焊接区的应力状态。针对随焊锤击处理, 许多学者对其消应力的原理也提出了各自的观点[2,3]。
目前, 能够实现锤击功能的方案主要有以下几种: ( 1) 手动方式: 此方式劳动强度大, 效率低, 受工 作人员的技术和知识水平限制, 可重复操作性较差, 并 且此技术只被少数人掌握, 不利于技术的推广和应用。 ( 2) 气动方式: 此方式是以压缩气体为动力来实 现对焊缝的锤击, 其特点是设备简单, 结构紧凑, 锤 击力较大, 但不容易实现锤击力和锤击频率的调节。 ( 3) 电动方式: 此方式锤击频率可调性好, 但锤 击的距离较小, 费用较高, 设备较庞大, 安装在焊接 设备上受空间的限制。 由于上述方法的局限性, 目前对锤击法消除焊接 残余应力尚缺乏系统研究。而电磁方式是通过电磁作 用, 产生振动来达到锤击的目的。该装置是一种新型 的锤击消应力装置, 其体积小、自身质量小, 操作方 便, 使用灵活, 控制电路简单可靠, 锤击力和锤击频 率均可独立调节, 两者互不影响, 克服了上述方法的 局限性, 是锤击法消除焊接残余应力的有效工具。因 此, 本研究采用基于电磁控制的锤击方式进行随焊锤 击消除焊接应力的工艺研究。
通过试验分析可知, 影响随焊锤击处理效果的主 要参数为锤击力、锤击温度、锤击频率和锤头面积 等。由于锤击力和锤击温度对本试验结果的影响显 著, 所以笔者主要分析锤击力和锤击温度对焊接残余 应力的影响。 2.3.1 锤击力对焊接残余应力的影响