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錳鋼板焊接殘余應力測試研究

來源:南京聚航科技有限公司   2025年08月07日 13:09  

焊接結構因其高強度和能滿足各種尺寸和形狀的要求等優點,被廣泛應用于各種機械設備中。然而,焊接件容易產生殘余應力,這會縮短構件使用壽命,甚至產生裂紋。為解決這一問題,廠家采用超聲波沖擊去除殘余應力。采用盲孔法對自制錳鋼板焊接件進行殘余應力測試,得出超聲前后各點的應力變化情況,從而分析超聲波沖擊去應力的效果。

測點選擇

自制錳鋼焊接件采用兩面焊接。為了試驗的反復驗證,一共加工了三件相同的錳鋼焊接件,實驗結果可以相互吻合,所以對其中兩件的測試情況進行說明分析。

測點的位置將直接影響測試結果,同時考慮可操作性等各方面的因素。對樣品一,在樣品的三條焊縫中部附近各取一點,測點離焊縫的距離約5mm。對樣品二,選點與*一件樣品選點位置基本對應,第4、5點與*一件樣品的第1點位置對應,第6點與第3點位置對應。

殘余應力測試方案

試驗首先在室溫、原試件不進行任何處理的情況下進行試驗。采用角磨機、粗砂紙等依次對測點附近進行打磨;使用酒精棉清洗測點,直到棉球無任何污垢為止;采用JH-496膠水對三軸應變花進行粘貼。粘貼方向如下:①樣品一,粘貼方向是(-45)°、0°、(+45)°,其中,0°方向是垂直于焊縫的方向,從0°順時針方向是-45°,逆時針方向是+45°;②樣品二,粘貼方向是0°、45°、90°,其中0°方向與焊縫平行。連接導線采用的是屏蔽線,以*大限度的減少外界的干擾。

采用半橋、公共溫度補償的接線方式,使用JHMK殘余應力測試系統對測點各方向進行測試。準備工作完成后,首先將儀器清零,在儀器零點穩定后,在應變花的頂點處采用2mm的鉆頭鉆孔,孔深約2mm,等儀器數據穩定后,記錄各方向的應變值;然后采用超聲沖擊設備對焊縫進行振動沖擊,沖擊結束數據穩定后,第二次記錄相應點各方向的應變值,以便進行后續分析。前后測得的數據,如表1所示。

測點

ε1/με

ε2/με

ε3/με

σ1/MPa

σ2/MPa

σ3/MPa

Φ/°

σr/MPa

備注

1點

68

101

75

0

-153.9

-180.5

-14.97

180.5

超聲前

86

108

26

0

-141.7

-242.2

-40.60

242.2

超聲后

2點

1

-16

-25

28.44

1.247

0

32.05

28.44

超聲前

40

12

-30

0

-11.12

-91.78

37.98

91.78

超聲后

3點

22

55

33

0

-11.12

-91.78

37.98

91.78

超聲前

12

87

15

0

-62.35

-133.6

-21.31

133.6

超聲后

4點

-52

-56

-56

108.8

104.9

0

22.5

108.8

超聲前

-88

-6

-55

122.2

63.82

0

-5.520

122.2

超聲后

5點

-14

-19

-22

36.87

28.43

0

32.78

36.87

超聲前

45

-85

-61

93.28

0

-14.12

16.12

107.4

超聲后

6點

90

44

61

0

-116.0

-149.2

7.310

149.2

超聲前

124

33

96

0

-121.3

-189.4

-10.52

189.4

超聲后

殘余應力測試數據分析

試驗采用先鉆孔后超聲的順序進行,表中超聲前是指鉆孔后的數據,超聲后是指在鉆孔的基礎上,進一步超聲沖擊后的數據。

從計算后的數據可以看出,通過超聲沖擊后各點的等效應力都有所增加,平均增幅在60MPa左右。利用鉆孔法基本能釋放焊縫附近的絕大部分殘余應力,配合超聲沖擊能更*底的去處殘余應力。

通過實驗表明:操作技術對實驗結果有直接的影響。貼片的角度、質量、鉆孔的精準位置,沖擊強度與沖擊時間的把握,都是影響試驗結果的直接因素,都需要再后續的試驗過程中加以完善。

總結

試驗采用盲孔法對焊接件焊縫附近的殘余應力進行測試,驗證了超聲沖擊法在工程上應用的可行性,為工程實踐及研究性試驗教學的開展積累了經驗。

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