What is vibration welding technology? Even so
"Vibration welding technology" includes two aspects, namely "welding technology" and "welding vibration technology". Here, "welding technology" is the normal welding technology, and "welding vibration technology" is different in the welding process. The component applies a mechanical vibration of a different parameter.
何為振動(dòng)焊接技術(shù)？竟然如此神威
振動(dòng)焊接技術(shù)”包括兩個(gè)方面,即“焊接技術(shù)”與“焊接振動(dòng)技術(shù)”兩個(gè)內(nèi)容。這里說(shuō)的“焊接技術(shù)”就是正常的焊接技術(shù),而“焊接振動(dòng)技術(shù)”就是在焊接過(guò)程中根據(jù)不同構(gòu)件施加一種不同參數(shù)的機(jī)械振動(dòng)。
01振動(dòng)焊接概念
振動(dòng)焊接技術(shù)是在振動(dòng)時(shí)效技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。但振動(dòng)焊接技術(shù)的作用明顯優(yōu)於振動(dòng)時(shí)效技術(shù)。振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是在構(gòu)件焊好后使用的處理技術(shù),只能對(duì)焊接殘余應(yīng)力起到降低和均化作用,而振動(dòng)焊接技術(shù)從焊接開(kāi)始就起到細(xì)化晶粒的作用,接著在熱狀態(tài)下通過(guò)熱塑性變形來(lái)調(diào)整應(yīng)變而降低殘余應(yīng)力。因此,可以說(shuō)振動(dòng)焊接從一開(kāi)始就起到了防止焊接裂紋和減少變形的作用。提高焊接質(zhì)量是優(yōu)于振動(dòng)時(shí)效技術(shù)的最突出優(yōu)點(diǎn)。
作為振動(dòng)焊接,它并不要求構(gòu)件必須達(dá)到共振狀態(tài),只要達(dá)到某一頻率范圍內(nèi)且具有一定的振幅就可以,因此振動(dòng)焊接技術(shù)可以在任何構(gòu)件上應(yīng)用。特別是在大型結(jié)構(gòu)件焊接修復(fù)時(shí),振動(dòng)焊接就完全可以實(shí)現(xiàn),焊后不再使用熱時(shí)效處理。
焊接構(gòu)件的振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是對(duì)已焊接成型的構(gòu)件進(jìn)行振動(dòng)處理,用以降低和均化由于焊接造成的殘余應(yīng)力。而振動(dòng)焊接是首先將被焊部件進(jìn)行振動(dòng),且邊振動(dòng)邊焊接,直到焊完為止。
這種振動(dòng)是在一定頻率范圍內(nèi)的輕微振動(dòng),其作用如下:首先,當(dāng)焊縫金屬在熔溶狀態(tài)時(shí),振動(dòng)可以使組織發(fā)生變化,晶粒得以細(xì)化。焊縫晶粒細(xì)化必將使材料力學(xué)性能得到提高;其次在有溫度作用下,焊縫處材料屈服極限很低,因此振動(dòng)很容易使熱應(yīng)力場(chǎng)得到緩解,極易發(fā)生熱塑性變形,而釋放受約束應(yīng)變,使應(yīng)力場(chǎng)梯度減少,故使最后的焊接殘余應(yīng)力得到降低或均化;第三由于振動(dòng),在結(jié)晶過(guò)程中使氣泡雜質(zhì)等容易上浮,氫氣易排除,焊縫材料與母材過(guò)渡連接均勻、平緩,降低應(yīng)力集中,提高焊接質(zhì)量。因此振動(dòng)焊接可以有效地防止焊接裂紋和變形,提高構(gòu)件的疲勞壽命,增強(qiáng)機(jī)械性能。
02振動(dòng)焊接對(duì)焊接殘余應(yīng)力分布的影響
振動(dòng)時(shí)效是在構(gòu)件焊接完成后在常溫下進(jìn)行的。因此要使動(dòng)應(yīng)力和殘余應(yīng)力之和大于材料常溫下的屈服極限(σS)則必須具有較大激振力。振動(dòng)焊接是在焊接的整個(gè)過(guò)程中,包括降溫過(guò)程在內(nèi),給被焊構(gòu)件一個(gè)較輕微的振動(dòng),使焊縫在熱狀態(tài)下調(diào)整應(yīng)變而改變熱應(yīng)力場(chǎng),從而達(dá)到降低和均化應(yīng)力。
振動(dòng)焊接焊縫前后對(duì)比
03振動(dòng)焊接對(duì)焊縫疲勞性能的影響
焊接結(jié)構(gòu)的破壞大多數(shù)是疲勞破壞,而且疲勞破壞大多數(shù)發(fā)生在焊縫附近,這是近一百年來(lái)人們所公認(rèn)的。因?yàn)樗呛附咏Y(jié)構(gòu)普遍存在的問(wèn)題。因此在研究振動(dòng)焊接技術(shù)的時(shí)候必須研究振動(dòng)焊接對(duì)疲勞性能的影響。在振動(dòng)時(shí)效機(jī)理的研究中,已經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明:由于降低和均化了應(yīng)力,使焊縫的疲勞性能增強(qiáng),構(gòu)件的疲勞壽命得到提高。
振動(dòng)焊接可以大幅度提高焊接結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命,提高率在70%以上,振動(dòng)焊接確實(shí)是提高焊件疲勞壽命的有效方法。平臺(tái)振動(dòng)焊接(即不共振的振動(dòng)焊接)
04振動(dòng)焊接工藝規(guī)程
應(yīng)該看到的是振動(dòng)焊接和振動(dòng)時(shí)效是為提高焊縫質(zhì)量而在兩個(gè)階段分別采取的技術(shù)工藝過(guò)程。振動(dòng)焊接是在焊接過(guò)程中進(jìn)行的振動(dòng)處理過(guò)程,而振動(dòng)時(shí)效是在構(gòu)件焊接成型后而進(jìn)行的時(shí)效處理過(guò)程,前者的作用在於使晶粒細(xì)化提高材料的機(jī)械性能。降低焊接應(yīng)力和變形、減少氣孔和雜質(zhì)并使焊接紋理細(xì)密提高宏觀焊接質(zhì)量。而后者則是專(zhuān)門(mén)用於降低和均化焊接應(yīng)力,消除殘余應(yīng)力對(duì)變形、開(kāi)裂和疲勞壽命的影響。相比較而言,盡管在消除應(yīng)力方面、振動(dòng)焊接起到一定的作用,但其畢竟振動(dòng)很小,產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力不大,因此消除主應(yīng)力的效果是趕不上振動(dòng)時(shí)效的效果更好。從這一點(diǎn)出發(fā),對(duì)於大型構(gòu)件建議工藝規(guī)程應(yīng)是振動(dòng)焊接與振動(dòng)時(shí)效同時(shí)采用:即第一階段在焊接過(guò)程中采用振動(dòng)焊接、第二階段采用振動(dòng)時(shí)效處理這將是最佳工藝規(guī)程。
振動(dòng)焊接工藝參數(shù)
1.激振頻率 20Hz~100Hz;
2.激振振幅 10μm~50μm;
3.振動(dòng)方式 共振與非共振均可;
4.構(gòu)件直接振動(dòng)或振動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)構(gòu)件振動(dòng)均可;
5.振幅的選擇應(yīng)盡量接近材料晶粒的直徑,即不同材料選用不同的振幅;
6.在20Hz~100Hz范圍內(nèi)如有共振峰,可選擇共振峰高1/3~2/3所對(duì)應(yīng)頻率來(lái)處理,但要保證振幅在規(guī)定范圍內(nèi),共振易於調(diào)整振幅值;
05振動(dòng)焊接技術(shù)的適用性
振動(dòng)焊接技術(shù)的特點(diǎn)決定了該項(xiàng)技術(shù)的適用性。各種實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該項(xiàng)技術(shù)有如下的特點(diǎn):
1.焊接結(jié)晶過(guò)程中振動(dòng)可使晶粒細(xì)化,因此使焊縫材料力學(xué)性能顯著提高,材料的屈服極限σS、強(qiáng)度極限σb均可提高10%~30%,這有助於防止焊接熱裂紋和冷裂紋的發(fā)生。
2.降低焊接殘余應(yīng)力30%以上,這有助於于防止或減少焊接構(gòu)件使用中發(fā)生裂紋,延長(zhǎng)使用壽命,穩(wěn)定構(gòu)件的尺寸精度。
3.降低焊接變形30%以上,如果采用“予剛度法”和“予應(yīng)力法”則變形可降低60%以上,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
4.由于晶粒細(xì)化和殘余應(yīng)力的降低,提高了焊縫斷裂韌性20%以上,極大的提高了焊縫材料抗開(kāi)裂的能力。
5.提高疲勞極限15%以上,提高焊縫疲勞壽命70%以上。這是各種效果的綜合值,提高使用壽命這也是各種附加工藝所追求的最終目標(biāo)。
6.減少砂眼、跳焊等,使焊接紋理細(xì)密,減少根部的應(yīng)力集中,顯著提高焊接質(zhì)量。
7.可免除焊接予熱過(guò)程或降低予熱溫度。
8.可排除焊后的熱時(shí)效或振動(dòng)時(shí)效處理。
9.顯著的防止或減少焊接裂紋,這是振動(dòng)焊接一項(xiàng)最突出的特點(diǎn)。
根據(jù)上述優(yōu)點(diǎn),不難看出振動(dòng)焊接技術(shù)比起振動(dòng)時(shí)效來(lái)說(shuō)具有更廣闊的前途和更大的適用性?？梢哉f(shuō)振動(dòng)焊接技術(shù)在所有的焊接過(guò)程中均可應(yīng)用,特別是對(duì)於焊接中易出現(xiàn)裂紋和變形的構(gòu)件應(yīng)最先選用振動(dòng)焊接。對(duì)於壓力容器,如能采用振動(dòng)焊接一定會(huì)獲得更好效果,必將大大增加設(shè)備的安全度。
