振動時效在焊接結構件消除應力的應用原理
我們在振動時效通過和焊縫發(fā)生共振來改善應力集中應力和使得以振動時效技術來消除殘余應力,在國內外的研剛剛起步,但由于電脈沖的優(yōu)良特性,使得其在消除殘余應力,提高材料使用性能等方面有著巨大的應用前景。
振動時效處理方法的原理是振動時效發(fā)生器產生振動能量,通過振動時效的實驗對材料表層輸入振動沖擊能量,使得焊趾區(qū)域平滑過度,焊縫表層表面形成加工硬化的強化層,同時振動能量的輸入還能夠有效的改善焊接接頭的應力集中分布,消除焊接殘余拉應力,并且將殘余拉應力轉換成對構件使用有益的殘余壓應力,提高構件的使用范圍及壽命。超聲沖擊消除焊接應力的原理類似于振動時效和熱時效的疊加,國內己有一些成功的實驗案例,超聲沖擊技術具有設備操作簡單,處理效率高,對工件的要求不高等優(yōu)勢,可以處理一些難以使用熱處理工藝的件。
振動時效時和電脈沖復合技術處理焊接構牛,是將這兩種技術結合起來,同時作用于焊接接頭,這項技術在國內外尚未見報道,基于兩種技術對接頭性能改善的優(yōu)勢,利用高能電脈沖技術所產生的電致塑性效應,使得焊接構件表層的塑性變形能力提高,硬度下降,用來輔助振動時效技術,當這是些沖擊構件表面時,提高其對焊接構件的沖擊程度,提高焊接構件的表層組織的變形能力,以降低焊接構件的殘余拉應力,細化晶粒組織,提高焊縫表層顯微硬度。因而超聲沖擊和電脈沖復合技術在提高焊接接頭組織及力學性能,改善應力集中分布,提高提高疲勞強度等方面有著巨大的潛力。
幾年來,振動時效技術廣泛運用于提高大型焊接構件疲勞壽命的實際運用中,而對于振動時效時及超聲波表面處理對材料疲勞壽命的影響,國內學者也進行了較多的深入研宄,取得了顯著的研宄成果。葉雄林06]通過超聲沖擊處理焊后的22SiMn2TiB鋼發(fā)現,超聲沖擊處理消除了焊趾的缺陷,改善應力集中,并引入殘余壓應力,大大減少了疲勞裂紋擴展的幾率,疲勞壽命能夠提高33.3%。盛永華巧71采用超聲沖擊16Mn接頭焊趾,與沖擊前比較發(fā)現,沖擊后在接頭表面引入了殘余樂應力,使得接頭疲勞性能和硬度顯著提高。何柏林等081通過超聲沖擊轉向架用16MnR鋼接頭后發(fā)現,在疲勞壽命為2×106時候,焊接接頭經過振動時效處理后,疲勞強度從265MPa提高到325MPa,增加了22.6%,此外,振動時效后焊接接頭的疲勞壽命顯著提高了50多倍,其疲勞試驗結果如表這說明經振動時效處理后,焊接接頭和焊趾處的應力集中和殘余拉應力得到顯著降低,接頭的疲勞性能顯著增加
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