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发表于 2007-6-25 16:04:14
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提高疲劳强度的新工艺方法
: |8 e$ Z3 _8 l, [+ z 用表面加工的方法(机械加工、电弧重熔焊道整形),皆能减小其几何不连续程度,降低构件中的应力集中,一定程度上提高疲劳强度(使表面光滑,消除一些近表面缺陷)。但该种方法应用起来太麻烦,显然不适合大批量生产需要。而超声冲击装置的应用不仅降低能够改善焊缝的几何外形、降低焊趾部位的应力集中程度,又能调节焊接残余应力场,在焊趾部位表面形成有利的压应力,同时还使接头部位尤其是焊趾区表层得以硬化,显著提高了焊接接头的疲劳强度,并且该方法具有执行机构轻巧、使用灵活方便、噪音很小、效率高、应用时受限极小、适用于各种接头、成本低且节能等优点。
( P7 O- Q2 ^' G+ j8 x! m/ I9 I3 x1 h1. 对残余应力影响:
8 C5 f; } h8 i0 i表1 冲击前后应力对比
8 j' S# W- J& X( K/ v6 W' l! E5 F测点 取样位置 冲击前应力(Mpa) 冲击后应力(Mpa) 冲击效果
, V+ L7 j2 W1 V3 Z/ U( ~1 - O; D3 M: E# e# f3 K" _+ @
前车架 292.5 -176.7
4 @+ L5 S$ C1 ]& m0 I3 a拉应力转变为压应力2 a" U% S- p. \% r
2 294.6 -346.0
+ H) p! e" L: L/ Z7 R3 348.3 -359.6
) A# n7 b& f' l" M2 b8 z4
! a5 G: ?' R3 U( _. |) r1 p8 _后车架 616.0 -248.0 1 {* G( z( R1 C9 A0 {
5 597.4 -425
! ^$ w* i( T# n" l* N7 P结论:焊接接头经过超声处理后,可以有效地消除焊接残余应力,并将焊趾和接头的应力变为压应力。焊趾部位变为压应力可显著提高接头的疲劳强度。
" d/ i1 _# E6 z# d8 d7 `( M7 O2.对焊趾的影响:试验现场可以看到经超声波处理后的焊趾处有一条光滑的过( G* ^# Y4 B; T% v/ e& H1 K' f
渡圆弧;使焊趾部位的表层焊接缺陷得以
$ R. ]7 p I; V6 x4 r% k& u消除。 & e- n/ ~# J1 u, g: l
: A; _9 U. d9 V/ s/ K. Q焊缝冲击前 焊缝冲击后
% d- n4 O) G" A' h4 _" N8 W. w% c3.对疲劳寿命的影响
. O5 S: O1 _4 A( i$ y表2 相同载荷作用下处理前后的寿命比较
: }- B% C- l* V' H1 P4 Z8 B; ]2 y" B# N, S材料与接头形式 状态 应力幅 寿命/ D1 M! e& E0 B8 Q m- Q. q4 B* X
Q235B对接接头(R=0.1) 焊态 228 1.65×105
+ }4 ?9 \; x: p# `+ w" M5 z5 EQ235B对接接头(R=0.1) 超声冲击处理 228 1.0×107
! x; d) T7 M. K1 k/ j; LQ235B十字接头(R=0.25) 焊态 211 2.4×1057 b9 S0 `5 O. Q1 ]
Q235B十字接头(R=0.25) 超声冲击处理 211 1.0×107
. ~8 }; C5 I" ~1 ]2 R3 O: p& f/ w* dQ235B十字接头(R=-0.5) 焊态 231 5.3×105
* Z5 y3 U+ w6 S1 t2 {8 Z; N9 xQ235B十字接头(R=-0.5) 超声冲击处理 231 1.0×1071 o' v; \- x7 F' {8 d/ ?
Q345对接接头(R=0.1) 焊态 253 1.04×105( c" g8 w: v' I9 i& F" d8 g5 j; n
Q345对接接头(R=0.1) 超声冲击处理 253 1.0×107 i3 m! k" `. n& m
Q345十字接头(R=0.1) 焊态 186 2.98×105! b2 e& b0 ~& @, B S0 \3 w
Q345十字接头(R=0.1) 超声冲击处理 186 1.0×107# K! k: S! P9 U
从表2可以看出,超声冲击处理Q235各种接头的疲劳寿命提高到15~40倍左右;超声冲击处理Q345各种接头的疲劳寿命提高到30~100倍左右。
8 w) i+ q$ w' l) ^5 x. ]- D8 e0 d4 W4.工作状态
" i/ y0 u7 ?4 n( N( f( Na) 操作方式:人工手持冲击抢操作,不受结构限制,操作灵活方便,想处理那条焊缝就处理那条焊缝。, Z, `0 A+ K! x2 C: S
b) 工作方式:不改变现有焊接工艺,仅作为焊接的最后一道工序。
- |7 y' ^1 y7 d3 Sc) 工作效率:标准处理线速度0.5-1.0米/分钟- e6 G9 v. a/ F. M; c
d) 成本:报价不足5万元
/ o8 G8 }. m1 c' p6 ?e) 可仅对关键焊缝进行处理。
2 y& j5 `8 e$ Y8 g* Q3 t" w综上所述,超声冲击装置设备投资较低,操作灵活方便。处理后焊接接头抗疲劳断裂的性能得到很大改善;使用超声冲击的方法改善焊接接头的疲劳性能,其效果十分明显。 |
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