改善焊接接頭性能的超聲沖擊方法若干問(wèn)題的研究.pdf

1、本文對(duì)超聲沖擊處理方法存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　 本文針對(duì)現(xiàn)有超聲沖擊設(shè)備無(wú)法滿足工程現(xiàn)場(chǎng)操作的要求,設(shè)計(jì)了一套小型化的超聲沖擊系統(tǒng),該系統(tǒng)包括一把半波長(zhǎng)超聲沖擊槍、一種新式的斜角度沖擊針和一款便攜式小型化超聲電源。在實(shí)際使用過(guò)程證明本小型化超聲沖擊系統(tǒng)在原有全波長(zhǎng)超聲沖擊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,減小了設(shè)備的尺寸的同時(shí)不改變輸出功率,并且提高了設(shè)備對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)操作的適應(yīng)性,拓展了超聲沖擊設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合。
　　 由于現(xiàn)在焊接疲勞設(shè)

2、計(jì)仍然應(yīng)用疲勞極限的設(shè)計(jì)方法,而試驗(yàn)和工程實(shí)例證明疲按照勞極限設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的焊接結(jié)構(gòu)在超長(zhǎng)壽命區(qū)間服役時(shí)其疲勞性能是不可靠的。本文中研究了兩種在工程上常用的結(jié)構(gòu)鋼Q235和Q345的焊接接頭在超長(zhǎng)壽命區(qū)間的疲勞行為,討論了使用超聲沖擊改善焊接接頭疲勞性能的可行性,并且對(duì)接頭部位斷口的形貌特征進(jìn)行了詳細(xì)的分析。研究表明:對(duì)于焊接接頭無(wú)論變幅疲勞或是衡幅疲勞其疲勞極限均不存在,焊接接頭疲勞壽命的設(shè)計(jì)應(yīng)按照不同的焊后增強(qiáng)處理狀態(tài)分別考慮,并對(duì)疲

3、勞設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行修正。焊態(tài)接頭的斷裂模式仍然以表層的夾雜物造成的裂紋擴(kuò)展并最終斷裂為主要模式,而超聲沖擊處理試件中存在著由微小的沖擊裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的疲勞斷裂。
　　 本文使用通用有限元分析軟件ANSYS對(duì)超聲沖擊處理過(guò)程進(jìn)行進(jìn)行模擬,分析了平板對(duì)接焊接頭超聲沖擊處理過(guò)程和非承載結(jié)構(gòu)與承載結(jié)構(gòu)超聲沖擊處理過(guò)程。建立了平板對(duì)接焊接頭的三維焊接熱應(yīng)力場(chǎng)模型,對(duì)平板對(duì)接接頭在焊接過(guò)程中的應(yīng)力變化數(shù)值分析,然后在焊接應(yīng)力模擬的基礎(chǔ)上對(duì)隨后的超

4、聲沖擊處理過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過(guò)對(duì)沖擊深度的調(diào)整得出了與實(shí)際測(cè)定結(jié)果相符合的數(shù)值解,為今后進(jìn)行超聲沖擊處理的研究和工藝優(yōu)化提供了數(shù)值依據(jù)。
　　 由于超聲沖擊處理的大規(guī)模工程應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)在美國(guó)、烏克蘭、俄羅斯以及加拿大等國(guó)大規(guī)模開(kāi)展起來(lái),但是少有研究對(duì)承載結(jié)構(gòu)和非承載結(jié)構(gòu)超聲沖擊處理后疲勞行為進(jìn)行試驗(yàn)和理論分析比較。在本文中對(duì)承載與非承載經(jīng)超聲沖擊處理后的疲勞行為進(jìn)行了比較,并且首次用數(shù)值模擬的方法定量的分析了二者的差別,研究

5、表明無(wú)論是非承載超聲沖擊處理還是承載超聲沖擊處理都可以改善焊趾部位的過(guò)渡半徑,而承載結(jié)構(gòu)的超聲沖擊處理還可以大幅度的降低結(jié)構(gòu)中的拉伸應(yīng)力峰值,提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能。
　　 此外,本文還研究了超聲沖擊處理后的304不銹鋼試樣抗應(yīng)力腐蝕的性能,對(duì)304不銹鋼進(jìn)行沸騰氯化鎂中的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)超聲沖擊處理后母材和焊縫的應(yīng)力腐蝕壽命提高了10到13倍以上,這是由于超聲沖擊處理后產(chǎn)生的表層高值殘余壓縮應(yīng)力與試件中的拉應(yīng)力相疊