振动焊接技术是什么?对焊接残余应力分布有什么影响

小编 2022-05-21 14:18:44 710

  振动焊接技术包括两个方面,即焊接技术和焊接振动技术。这里所说的“焊接技术”是一种正常的焊接技术,“焊接振动技术”是在焊接过程中根据不同的部件施加一种不同参数的机械振动。

振动焊接技术是什么?对焊接残余应力分布有什么影响

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  焊接概念

  振动焊接技术是在振动时效技术的基础上发展起来的。但振动焊接技术的效果明显优于振动时效技术。振动时效技术是在构件焊接后使用的一种处理技术,只能降低和均匀焊接残余应力,而振动焊接技术可以从焊接开始就细化晶粒,然后在热状态下通过热塑性变形来调整应变,降低残余应力。所以可以说振动焊接从一开始就起到了防止焊接裂纹和减少变形的作用。提高焊接质量是振动时效技术最突出的优点。

  作为振动焊接,它不要求元件达到共振状态,只要达到一定的频率范围,有一定的振幅,所以振动焊接技术可以应用于任何元件。特别是在焊接修复大型结构件时,完全可以实现振动焊接,焊后不再使用热时效处理。

  焊接构件振动时效技术是对焊接构件进行振动,以降低和均匀焊接产生的残余应力。振动焊接是对焊接部位进行振动的第一步,边振动边焊接,直到焊接完成。

  这种振动是在一定频率范围内的轻微振动,其作用有:一是当焊缝金属处于熔融状态时,振动可以改变显微组织,细化晶粒。焊缝的晶粒细化必将提高材料的力学性能;其次,在温度的作用下,焊缝处材料的屈服极限很低,所以振动很容易解除热应力场,容易导致热塑性变形,释放约束应变,降低应力场梯度,从而降低或均匀化最终的焊接残余应力。再次,由于振动,结晶过程中气泡等杂质容易上浮,氢气容易被去除。焊接材料与母材的过渡连接均匀平缓,减少了应力集中,提高了焊接质量。因此,振动焊接可以有效防止焊接裂纹和变形,提高构件的疲劳寿命,增强机械性能。

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  振动对焊接残余应力分布的影响

  部件焊接后在室温下进行振动时效。因此,要使动态应力和残余应力之和大于材料在室温下的屈服极限(σS),就需要有较大的激振力。在包括冷却过程在内的整个焊接过程中,振动给被焊接构件以轻微的振动,使焊缝在热状态下调整应变,改变热应力场,从而降低和均匀应力。

  振动焊缝前后对比

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  振动对焊缝疲劳性能的影响

  焊接结构的损伤大部分是疲劳损伤,疲劳损伤大部分发生在焊缝附近,这一点已经被人们认识了近百年。因为这是焊接结构中的常见问题。因此,研究振动焊接技术时,必须研究振动焊接对疲劳性能的影响。在振动时效机理的研究中,实验证明,降低和均匀应力可以提高焊缝的疲劳性能,提高构件的疲劳寿命。

  振动焊接可以大大提高焊接结构件的疲劳寿命,提高率在70%以上。振动焊接确实是提高焊接件疲劳寿命的有效方法。平台振动焊接(即无共振的振动焊接)

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  振动焊接工艺规范

  需要注意的是,振动焊接和振动时效是为了提高焊缝质量而分两个阶段采用的技术工艺。焊接是焊接过程中的振动处理过程,而振动时效是构件焊接成型后的时效处理过程。前者的作用是细化晶粒,提高材料的力学性能。减少焊接应力和变形,减少气孔和杂质,细化焊接组织,提高宏观焊接质量。后者专门用于降低和均匀焊接应力,消除残余应力对变形、开裂和疲劳寿命的影响。相比较而言,振动焊接虽然对消除应力有一定的作用,但毕竟其振动很小,产生的动应力很小,所以消除主应力的效果比振动时效要好。从这个角度出发,建议大型构件同时采用振动焊接和振动时效:即第一阶段采用振动焊接,第二阶段采用振动时效处理,这将是最佳的工艺规定。

  振动焊接工艺参数

  1.激励频率为20Hz——100hz;

  2.激发振幅为10μm-50μm;

  3.振动模式可以是共振的或非共振的;

  4.部件可以直接振动或振动台带动部件振动;

  5.振幅的选择应尽可能接近材料的晶粒直径,即不同的材料应选择不同的振幅;

  6.如果在20Hz——100Hz范围内有共振峰,可选择共振峰高度1/3-2/3对应的频率进行处理,但振幅应在规定范围内,共振振幅值容易调节;

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  振动焊接技术的适用性

  振动技术的特点决定了该技术的适用性。各种实验已经证实这项技术具有以下特点:

  1.焊接结晶过程中的振动可以细化晶粒,使焊缝材料的力学性能显著提高,材料的屈服极限σS和强度极限σb可提高10%-30%,有助于防止焊接热裂纹和冷裂纹的产生。

  2.降低焊接残余应力30%以上,有助于防止或减少焊接构件在使用中出现裂纹,延长使用寿命,稳定构件尺寸精度。

  3.减少焊接变形30%以上。如果采用“预刚度法”和“预应力法”,变形可减少60%以上,达到设计要求。

  4.由于晶粒的细化和残余应力的降低,焊缝的断裂韧性提高了20%以上,大大提高了焊缝材料的抗裂性能。

  5.疲劳极限提高15%以上,焊缝疲劳寿命提高70%以上。这是各种效果的综合价值,也是各种附加工艺所追求的延长使用寿命的最终目的。

  6.减少砂眼、跳焊等。,使焊接组织细化,减少根部应力集中,显著提高焊接质量。

  7.可以取消焊接的预热过程或降低预热温度。

  8.可排除焊后热时效或振动时效处理。

  9.显著防止或减少焊接裂纹,这是振动焊接最显著的特点之一。

  根据以上优点,不难看出振动焊接技术比振动时效具有更广阔的前景和更大的适用性。可以说振动焊接技术可以应用于所有的焊接过程,特别是对于焊接中容易产生裂纹和变形的构件,振动焊接应该是首选。对于压力容器,如果能采用振动焊接,效果会更好,设备的安全性也会大大增加。

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