机械振动焊接对残余应力的影响及机理分析

机械振动焊接是在振动调整残余应力技术基础上发展起来的一项焊接新技术。这种焊接新技术,不仅能提高焊接质量,改善焊接接头金相组织,提高接头金属的力学性能,而且能省去焊后调整残余应力的工序,从而缩短生产周期,降低生产成本,并将给焊接生产领域带来巨大的经济效益。试验选用压力容器常用钢16MnR作为试验材料,采用机械振动焊接钢板与常规埋弧自动焊接钢板对比实验方法,通过残余应力测试和测试结果分析研究了机械振动焊接对残余应力的影响。结果表明,机械振动焊接可降低焊接残余应力;当频率、振幅（激振力）选取合适时,其降低效果更显著。而机械振动焊接降低残余应力的机理主要是由于机械振动使焊缝及周围的温度梯度减小和振动使晶粒细化、组织分布均匀所致。     

机械振动辅助铝合金CMT接头成形与组织

基于高频微振平台,进行6082铝合金机械振动辅助冷金属过渡焊接(CMT)试验,探究高频微振CMT工艺对焊接接头组织性能的影响.结果表明：施加振动后,焊缝余高略有增加,熔宽减小,熔深增大.当振动频率为1 119 Hz时,余高和熔深分别增加4.5%和23%.振动使热影响区宽度变窄,熔合线附近晶粒尺寸从原先的20μm减小到15μm.施加振动后,气泡逸出速度加快,柱状晶的生长趋势被抑制,晶粒细化,焊接接头软化区的硬度提高,接头硬度分布更加均匀.当振动频率为1 119 Hz时,焊缝软化区维氏硬度值达到最高为77.施加振动可以有效降低接头焊缝和热影响区残余应力.当振动频率为1 119 Hz时,焊接接头和热影响区最大残余应力平均值分别减小9.6%和6.3%,焊接接头力学性能得到提升.     

激光冲击处理对X70管线钢焊接接头力学性能的影响

利用激光冲击波对X70管线钢焊接接头进行了表面强化处理,分析了激光冲击强化处理后焊接接头组织结构,用显微硬度计测试了焊接接头显微硬度,通过X射线应力仪测定了残余应力沿焊接接头表面的分布规律,并对管线钢焊接接头激光冲击强化的微观机理进行了分析。结果表明:激光冲击波可以在焊接接头表面形成塑性变形层,显微硬度明显提高;材料组织均匀性得到了明显改善;消除了焊接接头表面残余拉应力,形成了残余压应力场。     

磁性法测定A633D钢焊接接头残余应力的研究

本介绍了一种无损伤测定焊接残余应力的方法，即磁测应力法；采用该方法对A633D焊接接头焊缝正面及其背面不同位置的焊接残余应力进行了测试；并分析了焊接接头残余应力的分布规律。试验结果表明：该测试方法可靠性好，且不损伤焊接接头。     

基于振动时效工艺的正交异性钢桥面板残余应力调控

为减小正交异性钢桥面板焊接残余应力,同时为检验振动时效工艺在桥梁钢结构应用中的有效性,基于足尺模型,采用振动时效工艺对焊接残余应力进行了调整,并通过盲孔法残余应力测试对时效效果进行了评定。结果表明：正交异性钢桥面板焊缝区的残余应力较大,达到或超过材料的屈服强度;振动时效后,面板焊缝区及焊缝表面的残余应力均降低到屈服强度以下,也更加均匀;应力水平越高,振动时效的效果越好;振动时效后,远离焊缝区的应力有少量的增加,但仍保持在较低的水平;建议将振动时效工艺应用到桥梁钢结构焊接残余应力调整中。     

基于模态分析优化大型复杂焊接构件振动时效参数的研究

以大尺寸、高刚度、高性能的压力室为对象,研究了振动时效消除复杂焊接构件残余应力的激振参数优化问题。采用模态分析方法对压力室进行振型测试,并依据压力室固有频率、振型和焊接应力分布,优化了压力室振动时效参数。采用X射线法测定压力室各测点振动时效前后的宏观残余应力。经过两次振动时效,压力室残余应力最大值较振动时效前降低了27.24%,残余应力平均值降低了21.24%,压力室的承载能力和结构稳定性得到了提高。研究表明,基于模态分析优化激振参数的振动时效技术,对降低大型复杂构件焊接残余应力具有良好的效果。     

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术

为了探究控制钢结构焊接过程变形策略,通过钢板对接方法研究了焊接残余应力及焊接变形.以两块同料、同尺寸钢板对接解析焊接工艺过程,设定常态焊接工艺参数,在焊接钢板上进行焊接横向及纵向残余应力计算,并在焊接过程构建温度场,建立有限元模型,绘制其温度曲线图,探究残余应力变化趋势及分布情况.结果表明,对接焊接钢结构焊缝附近部分残余应力较大,结构残余应力在初始加热时期会呈现较快下降趋势,后逐渐趋于平缓,钢板对接焊接变形主要原因是纵向残余应力过大,可通过平行加热处理降低纵向残余应力的影响.     

NR360贝氏体耐磨钢板的组织与性能

研究南钢NR360贝氏体耐磨钢板的组织、力学性能、耐磨性能及焊接性能。结果表明,NR360耐磨钢板的组织为板条状的无碳化物贝氏体及残余奥氏体组织,该钢板具有较高的屈服强度、抗拉强度,及良好的韧性。钢板的耐磨性好,在滑动磨损试验下,钢板的磨损机制主要为微切削与犁沟机制。焊接接头中焊缝组织主要为块状和针状铁素体组织,热影响区组织为细化的板条贝氏体与马氏体组织。焊接接头具有良好的强韧性,热影响区的硬度与耐磨钢基体相近。     

屈服刚度法测试焊接残余应力的试验方法

目的为了解决钢结构构件内部残余应力难以测试的问题,确定焊接梁板类构件内部残余应力的分布规律.方法基于屈服及刚度衰减条件,提出了通过试验测定焊接残余应力分布的屈服刚度法.采用该方法以对接焊钢板及焊接工字型梁为对象,进行了纵向焊接残余应力分布的试验测试.结果将试验结果与有限元数值模拟结果进行对比分析,二者吻合较好.屈服刚度法能够很好地确定板类及梁类焊接构件的纵向焊接残余应力分布规律,通过试验确定了带焊缝工字型梁翼缘和腹板的纵向焊接残余应力分布规律.由于单侧施焊,残余应力值较小,与实际情况比较吻合.结论该方法简单、精确,具有很强的工程实用和推广价值,为钢结构设计提供一定的依据.     

钢板对接焊接残余应力的数值分析与试验测定

对采用对接焊缝拼接钢板的焊接过程进行数值模拟,确定焊接残余应力,分别采用盲孔法与切条法对对接焊缝拼接钢板的焊接残余应力进行试验测定,以切条法试验测定结果为标准,对数值分析方法及盲孔法测定结果的精度进行了评价.分析结果表明:数值分析得到的对接焊缝拼接钢板的焊接残余应力分布和大小均与切条法测定结果基本一致,验证了钢结构焊接残余应力数值分析方法的适用性;盲孔法测定的钢板焊接残余应力分布规律与切条法基本一致,但由于盲孔法钻孔精度不易控制,盲孔法测定的焊接残余应力数值误差较大.     

珠光体与奥氏体类钢异质接头界面力学行为分析

为了分析铁素体、珠光体类钢与奥氏体类钢焊接时,焊接接头处焊接残余应力的分布状态及其对焊接构件性能的影响,研制了可计算两种或两种以上材料界面应力的有限元程序,并用此程序分析了异质接头的力学行为．     

不锈钢汽车排气管激光焊接残余应力

为了提高不锈钢管的冷加工成形性能,进一步优化相应焊接工艺,在对汽车排气管激光焊接温度场进行数值模拟研究的基础上,分析激光焊接汽车排气管残余应力.在考虑网格的疏密过渡以及材料力学性能参数随温度的变化条件下,分析激光焊接不锈钢管残余应力演变过程及分布特点,即滚轮挤压量越小,平均残余应力越小,但容易出现咬边和未焊透,在局部产生应力集中,更容易在焊接管冷加工时出现开裂;激光焊接线能量减小,轴向残余应力区域变窄,峰值应力增加.将激光焊接残余应力与钨极氩弧焊(TIG)+激光焊的残余应力进行对比实验,结果表明,不锈钢管TIG+激光焊残余应力与激光焊接具有相似的分布,分布区域相对变宽,焊轴向残余应力比激光焊接小,提高了焊接管冷加工成型性能.     

热焊工艺对2. 2 5 C r 1Mo钢应力腐蚀性能的影响

针对石化设备常用材料2. 2 5 C r 1Mo钢, 分别在7 5 0℃和8 5 0℃的工艺温度下利用热焊工艺方法对其 进行焊接, 采用盲孔法测定了各焊接试件的焊接残余应力, 利用电化学工作站分别测量了焊接试板在碱性、 酸性和 中性腐蚀介质中的腐蚀速率, 通过金相分析了焊缝区显微组织变化。结果表明, 热焊工艺降低了2. 2 5 C r 1Mo钢焊件 的焊接残余应力, 提高了其在各种介质中的抗应力腐蚀性能; 随着工艺温度的升高, 焊接残余应力下降幅度增大, 抗 应力腐蚀性能提升显著; 在8 5 0℃的工艺温度下, 焊接残余拉应力降低6 0%以上, 抗应力腐蚀性能提升3 0%以上。 同时, 焊接后焊缝区显微组织得到改善, 力学性能得到保证。     

扁平钢箱梁U肋焊接残余应力数值模拟分析

已建成的扁平钢箱梁桥在运营过程中发现一些与结构、构造和制造相关的病害,并且随着服役时间的增长越来越突出。其原因是扁平钢箱梁结构采用薄板组焊而成,因此,扁平钢箱梁在未受力之前,便已存在着由于焊接所产生的应力场和变形场, 导致扁平钢箱梁普遍出现裂纹等病害。运用热结构耦合法对扁平钢箱梁U肋与桥面板交接处焊接的温度场和应力场进行数值模拟计算分析,并得到焊接残余应力的分布规律,为进一步分析结构病害与加固设计提供依据。     

长输管道全自动焊接工艺技术研究

为满足中亚天然气管道C线工程对管道焊接质量的要求,本文以中亚天然气管道C线工程为例,采用CRC内焊机打底+CRC P260外焊机热焊+CRC P600双焊枪焊接系统填充盖面的工艺方法,对X80钢进行了焊接工艺实验,并对焊接接头的力学性能和宏观金相进行了评定。实验结果表明,采用CRC管道全自动焊系统焊接的焊缝,外观整齐、均匀,无任何分解裂纹、未焊透、烧穿等缺陷,焊缝有咬边现象,但均未超标,符合API1104—2005标准,选定的焊接工艺完全能够满足现场自动焊施工的技术要求。该工艺已应用于中亚天然气管道C线工程,并取得了良好的焊接效果。     

脉冲焊条电弧焊对焊缝成形的影响

针对焊条电弧焊存在的问题,研究了一种新型的采用脉冲电流的焊条电弧焊工艺—脉冲焊条电弧焊.以Q345E钢板为试验母材,研究了脉冲焊条电弧焊工艺对焊缝成形的影响.试验结果表明,脉冲电弧力可对焊接熔池形成有效的振荡和冲击,减少焊接缺陷,很容易实现对接焊缝单面焊双面成形.     

钢结构厚板焊接残余应力有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件对厚钢板对接焊、T型焊进行模拟分析,得出焊缝截面处横向与纵向残余应力的大小和分布,与实测结果基本吻合。从而总结出2种不同焊接形式残余应力的分布规律,以便设计人员在进行焊缝设计时对残余应力进行估算。     

焊接残余应力对钢桥面疲劳性能的影响与处理措施

为改善正交异性钢桥面的抗疲劳性能,对钢桥面进行退火处理以降低关键焊缝的焊接残余应力。首先系统性地回顾和探讨钢桥面焊接残余应力分布模式,同时就残余应力对疲劳裂纹发展的影响进行了文献分析。随后,归纳和总结了国内外主流焊接残余应力消除方法,并开展对比分析。借鉴压力容器制造方法,建议在正交异性钢桥面制造中引入退火处理工艺以降低焊接残余应力。研究聚焦钢桥面中疲劳问题较突出的顶板与U肋连接焊缝,设计了16个(其中9个退火处理,7未作处理)局部足尺单U肋试件进行残余应力测试与疲劳试验。试验结果表明,退火处理后焊缝残余应力实测值降低约80%,疲劳强度提高约23%。可以看出,退火处理可以大幅降低焊接残余应力,从而有效提升钢桥面抗疲劳性能。