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何為振動焊接技術(shù)?竟然如此神威

閱讀:126發(fā)布時間:2024-11-12

振動焊接作為一種在焊接過程中向構(gòu)件輸入機(jī)械振動的工藝,具有熱處理和振動時效的優(yōu)勢。它利用振動與焊接熱過程的復(fù)合作用來提高焊接接頭的綜合質(zhì)量,不僅能降低材料的殘余應(yīng)力,而且能細(xì)化焊縫晶粒、優(yōu)化接頭組織、提高材料的力學(xué)性能、顯著改善接頭品質(zhì),并且縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、低噪聲、無污染。 

振動焊接是在焊接過程中對焊件施加周期性外力,使熔池處于穩(wěn)定的振動狀態(tài),從而達(dá)到細(xì)化晶粒、降低焊接殘余應(yīng)力,優(yōu)化接頭性能的焊接工藝。在焊接過程中施加一定振幅范圍內(nèi)的輕微振動,勢必對焊接熔池有一定的影響 。

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(1)對焊縫和熱影響區(qū)組織的影響

焊接時,選取合適的機(jī)械振動參數(shù)可使焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生附加的新晶核,并使正在成長的樹枝晶及魏氏組織破碎,晶粒大小均勻,晶粒細(xì)化。

(2)對焊縫質(zhì)量的影響

振動焊接時,熔池中的氣體和夾雜物更易于溢出焊縫表面,減少焊縫內(nèi)部的缺陷,減小微裂紋源;加上振動有降低焊接殘余應(yīng)力、細(xì)化晶粒的效應(yīng),有利于延緩裂紋萌生,提高焊縫質(zhì)量。 

(3)對殘余縱向應(yīng)力σx(平行于焊縫方向)的影響

振動對殘余縱向應(yīng)力的影響不顯著,應(yīng)力水平與屈服應(yīng)力相當(dāng),但對拉應(yīng)力的分布寬度有一定影響。合適的振動可以減小拉應(yīng)力的分布面積,減弱殘余應(yīng)力對構(gòu)件的不利影響。下圖為16Mn R鋼板在不同振動參數(shù)(振動頻率)下的殘余縱向應(yīng)力對比試驗(yàn)結(jié)果,可以看出振動焊接后拉應(yīng)力的分布面積明顯縮小。

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不同頻率下,振動對殘余應(yīng)力的影響

(4)對殘余橫向應(yīng)力σy(垂直于焊縫方向)的影響

殘余橫向應(yīng)力一般垂直于平面狀焊接缺陷(如裂紋、未焊透)及熱影響區(qū),故其不利作用要遠(yuǎn)大于殘余縱向應(yīng)力對結(jié)構(gòu)承載能力的影響。一旦開裂,就可能形成平行于焊縫表面的長裂紋,甚至形成貫穿裂紋。振動對改善殘余橫向應(yīng)力有明顯效果,合適的振動可以減小拉應(yīng)力的平均值,統(tǒng)計(jì)平均下降水平為25  %,可明顯減小殘余應(yīng)力對構(gòu)件的不利影響。

(5)對焊接角變形的影響

焊接變形是焊接應(yīng)力的外觀表征之一,振動可以減小焊接殘余應(yīng)力,也必然減小焊接變形;統(tǒng)計(jì)24 mm厚鋼板的焊接角變形測量結(jié)果,得到:對接焊角變形由不振動的1.08°減小到0.38°,降低約64  %;搭接焊角變形由不振動的0.84°減小到0.34°,降低約59  %;T型接頭焊角變形由不振動的3~4°減小到0.06~2°,下降幅度大于50%。

(6)對焊接熱影響區(qū)疲勞壽命N的影響

振動可以明顯提高焊接熱影響區(qū)的疲勞壽命,平均幅度大于10%,可達(dá)35.5%。

(7)對裂紋擴(kuò)展速率的影響

由于裂紋擴(kuò)展速率與應(yīng)力強(qiáng)度因子的平方成正比,振動降低了殘余應(yīng)力,降低裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動力,也延緩了裂紋控制速度。另外,由于振動細(xì)化晶粒,增大了裂紋擴(kuò)展的阻力,有效降低了非穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展(pop-in)的幾率。


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