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豪克能消除焊接應力設備在消除焊接應力和提高焊接接頭疲勞性能方面的研究與應用

更新時間:2014/10/30  點擊數:4942


山東華云機電科技有限公司 (濟南  250101)趙顯華

        摘要:對所有熔化式焊接,在焊縫及其熱影響區都存在著較大的殘余拉應力,殘余應力的存在會導致焊接構件的變形、開裂 并降低其承載能力;同時,在焊縫的焊趾部位還存在著凹坑、余高、咬邊造成的應力集中和因熔渣缺陷、微裂紋形成的裂紋提前萌生源,從而,使焊接接頭的疲勞壽命大大降低。豪克能焊接應力消除設備可地消除焊接殘余拉應力、大大減少應力集中系數、消除裂紋萌生源,大幅度提高焊接接頭的疲勞壽命。
    關鍵詞:豪克能  殘余應力  焊接接頭  疲勞壽命

   1、引言:
    大量研究和實踐表明,金屬結構件的疲勞破壞一般起裂于焊接接頭的焊趾部位,也就是說,焊接接頭(更確切的說是焊趾部位)的質量決定著金屬結構件的使用壽命。同時,由于焊接殘余應力的存在,金屬結構件在其運輸、使用過程中容易發生變形甚至開裂。國際焊接協會上有專家提出用豪克能消除應力設備沖擊焊趾的方法來提高焊接接頭的疲勞壽命和消除焊接應力。通過國內外大量的研究和實例表明,這種方法的適用場合很廣,不僅可以有效的應用于焊接結構件的制造過程中,而且特別適用于現場安裝焊接、構件修復焊接等場合;不僅可以用來提高焊接接頭的疲勞性能,而且可以消除焊接拉應力并產生理想的壓應力。因此,這是一種非常有前途的焊后處理設備。
   2、用于消除焊接應力的研究與應用
    殘余應力都集中在焊縫附近,當焊接殘余應力與承載的工作應力疊加,其數值超過材料的屈服極限時,工件就會在焊縫附近產生斷裂現象。研究殘余應力的影響不僅考慮其數值的大小,殘余應力的方向也是個重要因素。用盲孔法可以對焊接殘余應力值的大小和方向進行測量。即使焊接構件的殘余應力值遠遠低于其材料的屈服極限,但如果存在嚴重的應力集中,那么焊接構件在其運輸和使用過程中也會因殘余應力的釋放而發生永久性的塑性變形,從而影響構件的尺寸精度。    消除殘余應力的方法很多,如自然時效、熱時效、振動時效等,但自然時效周期太長,已不適合現在市場經濟的快速要求;熱時效不僅消耗大量的能源、占用場地和較大的設備資金投入,而且消除殘余應力的效果也因爐況的不同有很大的差異,其對殘余應力的消除率一般在40~80%之間;振動時效雖然使用方便,但其應力消除率一般在30~50%。豪克能消除應力是*消除焊接應力的方法,它不僅使殘余應力的消除率達到80~100%,而且還能產生理想的壓應力,這對焊接構件的抗疲勞性能和抗應力腐蝕性能也大有益處。    表一是對120噸的煉鋼轉爐現場焊接施工完畢后在焊縫處測得的殘余應力值和經豪克能消除應力設備消除應力處理后的殘余應力數值:
表一
 
通過以上數據看出轉爐爐體焊后存在較大的焊接殘余應力,但經豪克能消除應力設備處理后,殘余應力基本上被消除,并產生了有益的壓應力。    豪克能消除應力設備在我國航空、造船、冶金建設、機械制造等領域得到了應用和推廣,例如:用于航空發動機焊修部位的焊接應力消除、修建煉鋼高爐現場施工中的高低空焊縫的消除應力處理、核潛艇的焊接修復后焊接應力的消除、輪船焊接修復后焊接應力的消除、不銹鋼焊后消除應力處理、對焊接構件的主要承載焊縫進行消除應力處理、大型壓力機等機械設備在使用過程中部件出現開裂后邊焊接邊消除應力處理以防止焊接變形影響機械設備的原有精度等等。   3、用于提高疲勞性能的研究與應用    對材料為低碳鋼Q235B與16Mn板材的對接接頭和十字接頭形式標準焊接試件進行疲勞性能實驗所得的對比σ—N曲線如下:       
圖1:Q235B對接接頭的對比σ—N曲線
圖2:Q235B十字接頭對比σ—N曲線
圖3:16Mn對接接頭的對比σ—N曲線
圖4:16Mn十字接頭的對比σ—N曲線
    根據以上試驗數據分析充分說明:豪克能焊接應力消除設備處理后焊接接頭抗疲勞斷裂的性能得到大幅改善;使用豪克能焊接應力消除改善焊接接頭的疲勞性能,其效果十分明顯。該方法能夠大幅度提高焊接接頭的疲勞強度,使焊接接頭與母材具有相同的疲勞強度,甚至高于母材。因此,合理的設計,高質量的焊接,充分的豪克能焊接應力消除設備處理,使承受交變動載荷的結構件不再有薄弱環節,大大延長金屬結構件的使用壽命和使用安全性。
   4、結論:
    通過試驗和實際應用表明,豪克能焊接應力消除設備裝置在改善焊接接頭疲勞性能、消除焊接殘余應力方面效果顯著。
    ⑴豪克能焊接應力消除設備可使焊接殘余應力的消除率達到98%以上,且產生有益的壓應力。
    ⑵豪克能焊接應力消除設備的適用場合很廣,不僅可以有效地應用于焊接結構的制造過程中,而且可以方便地應用于現場的安裝與維修。
    ⑶豪克能焊接應力消除設備提高焊接接頭疲勞強度的實際效果與母材類別有關。由強度級別較高的母材組成的焊接接頭處理后焊接接頭的疲勞性能提高越顯著。
    ⑷經豪克能焊接應力消除設備處理后,Q235B對接接頭的疲勞極限提高57%左右,16M對接接頭的疲勞極限提高90%左右。
    ⑸經豪克能焊接應力消除設備處理后,Q235B十字接頭的疲勞極限提高64%以上,16M十字接頭的疲勞極限提高67%左右。
    ⑹經豪克能焊接應力消除設備處理后,Q235B各種接頭的疲勞壽命均能提高40—60倍左右,16M的疲勞壽命被提高30—100倍之多。
    ⑺經豪克能焊接應力消除設備處理后,,對接接頭有效應力集中系數降低23%,十字接頭降低25%。     參考文獻:
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