焊接残余应力及VSR工艺剪实用教案

1、低碳钢屈服(qf)限与温度的关系屈服(qf)强度（MPa）温度(wnd)600400200实际曲线简化曲线1.2 焊接残余应力的形成过程第1页/共41页第一页，共42页。受拘束钢棒在热循环中的应力应变(yngbin)演变过程温度(wnd)500时间(shjin)时间应力MPa600-ss-s第2页/共41页第二页，共42页。金属框架的温度(wnd)应力与残余应力加热膨胀受拘束产生温度应力（压应力）压缩(y su)屈服变形冷却收宿受拘束产生残余应力（拉应力）拉伸屈服变形第3页/共41页第三页，共42页。焊接(hnji)温度场焊接(hnji)方向1100800500300250第4页/共41页第四

2、页，共42页。平板(pngbn)堆焊焊接温度场600500300200-10-8-6-4-202468100200400600800温度位置cmABCD第5页/共41页第五页，共42页。A600500600500BCD平板堆焊(du hn)的应力演变过程-10-8-6-4-202468100200400600800温度位置cm第6页/共41页第六页，共42页。ABCABC焊缝(hn fn)各截面中的纵向残余应力（x）的分布不同长度焊缝中的纵向(zn xin)残余应力（x）的分布ss1.3 一般接头的残余(cny)应力分布第7页/共41页第七页，共42页。塑性变形带宽(di kun)Bp筒体半径

3、(bnjng)R板厚第8页/共41页第八页，共42页。圆筒纵向残余(cny)应力的形成规律 由于圆筒环焊缝的半径在焊接后缩小，焊缝比在平板上有更大的自由度，故纵向残余应力xx一般比平板上的低。应力大小取决于圆筒半径R R、壁厚以及塑性变形区宽度bpbp。当壁厚不变， x x随R R的减小而降低(jingd)(jingd)，随 bp bp的减小而增加。 例： 50mm50mm、R R700mm700mm、埋弧自动焊，故纵向残余应力平均值xx124MPa124MPa。第9页/共41页第九页，共42页。02004006008001000-0.20.00.20.40.60.8x/Ep圆筒半径R,mmb

4、p12bp20bp30bp40bp50bp80筒体半径(bnjng)R，mmx/Ep02004008006000。810000。20。40。60第10页/共41页第十页，共42页。纵向应力纵向应力x引起(ynq)的横向应力y-+-x/3第11页/共41页第十一页，共42页。syy拘束(jsh)条件对横向应力的影响第12页/共41页第十二页，共42页。-125MPa240MPa230MPa280MPa125MPa85MPa420MPa厚度(hud)向应力z纵向(zn xin)应力x横向(hn xin)应力y厚板焊接的三向残余应力(10Cr2Mo)ZYX第13页/共41页第十三页，共42页。1.4

5、 1.4 残余应力对焊接(hnji)(hnji)结构的影响对静强度(qingd)的影响：对塑性材料影响不明显，但三轴拉应力时有不利影响；对脆性材料有不利影响。对机加工精度的影响：由于残余应力的不稳定性造成构件的尺寸不稳定。对抗应力腐蚀性能的影响：有影响；与材料及作用时间相关。第14页/共41页第十四页，共42页。残余应力对受压杆件稳定性的影响(yngxing)：一般影响(yngxing)不明显，但对翼缘的宽度与厚度比（B/b)较大的H型截面，其局部失稳会引起整体失稳；残余应力将通过这一因素起作用。Bb第15页/共41页第十五页，共42页。对刚度的影响：加载造成残余(cny)应力的释放，对运行的

6、前期有影响。PL1L2G1G2刚度(n d):G=tgP/LG1G2第16页/共41页第十六页，共42页。 对疲劳寿命的影响： 对min/max比值较低的有影响； 消应力(yngl)可以提高疲劳寿命； 残余应力(yngl)在应力(yngl)集中较高时影响更大。Lg(N)d106107消应力(yngl)第17页/共41页第十七页，共42页。1.5 1.5 常用消应力(yngl)(yngl)技术 整体(zhngt)高温回火 局部高温回火 机械拉伸 温差拉伸 振动第18页/共41页第十八页，共42页。2 振动(zhndng)时效的消应力原理振动(zhndng)传感器橡胶垫构件(gujin)激振器振动

7、主机偏心块第19页/共41页第十九页，共42页。振动(zhndng)时效的对象：三种内应力 宏观应力、微观应力、超微观应力 1）第一类应力宏观应力：在整个断面(dun min)平衡的应力；如地铁列车启动时的乘客分布密度。第20页/共41页第二十页，共42页。 2）第二类应力微观应力：由若干颗晶粒相互作用；组织不均匀性、排列的无序性、几何的多样性、晶界的应力集中所形成的内应力。如一节地铁车箱内启动时的乘客分布(fnb)密度。第21页/共41页第二十一页，共42页。3)第三类应力超微观应力：由于晶粒内部晶格排列畸变(jbin)位错所形成的应力。如车厢一角的乘客分布。第22页/共41页第二十二页，共

8、42页。振动时效(shxio)的消应力原理包辛格效应 可以通过(tnggu)(tnggu)振动时效降低三类内应力；振动时效实质是以机械的振动方式对工件施加附加应力，当附加应力与残余应力叠加后其总应力达到或超过某一数值后，在应力集中的地方超过金属材料屈服强度时，工件内部发生宏观和微观的塑性变形包辛格效应，从而降低了该点残余应力的峰值，使应力均匀化，金属的抗变形能力提高。 v第23页/共41页第二十三页，共42页。pv第24页/共41页第二十四页，共42页。振动(zhndng)时效机理振动(zhndng)作用于宏观应力振动动应力与宏观残余应力叠加，合成应力大于弹性极限时造成屈服，使高应力下降，应力

9、均化，尺寸稳定性提高。特别在应力集中部位有可能形成较大拉应力屈服区外应力卸载后形成压应力保护区，提高了结构的稳定性；在振动时效的前期这种效应(xioyng)起主要作用。第25页/共41页第二十五页，共42页。振动时效机理(j l)振动作用于微观应力 振动动应力与微观应力叠加；特别在应力集中部位形成(xngchng)较大的剪应力，造成滑移屈服；使晶粒由不稳定状况进入稳定状况，高的二类应力下降，应力均化，组织稳定性提高。振动时效中后期，当宏观残余应力与动应力的叠加值已明显低于屈服强度时，这种效应仍起作用，通过微观屈服的积累，形成(xngchng)振动时效效果。第26页/共41页第二十六页，共42页

10、。振动时效机理振动作用(zuyng)于超微观应力 振动能促使位错移动，位错移动减弱畸变的比例，晶粒的稳定性提高；部分位错移动到晶界，且由于位错的钉扎作用，使材料的强度上升，从而也扩展了结构(jigu)的弹性工作区间。第27页/共41页第二十七页，共42页。金属材料的拉伸(l shn)曲线PVPVLDP/(4D2)= 第28页/共41页第二十八页，共42页。焊接试板不同(b tn)(b tn)区域在 - - 曲线上的位置BA第29页/共41页第二十九页，共42页。应用(yngyng)非线性 过程的消应力原理 非线性状况(zhungkung)ABCED应变(yngbin)2等效应力下降应力动态应力

11、母材焊缝中心线弹性状况动态应力应变1第30页/共41页第三十页，共42页。残余(cny)(cny)应力基于非线性曲线的变化过程第31页/共41页第三十一页，共42页。 VSR VSR与热时效(shxio)(shxio)的比较振动时效振动时效热时效热时效消应力消应力消应力、消应力、去氢、恢复塑性去氢、恢复塑性效果：效果：20205050效果：效果：40408080适合大型重型构件适合大型重型构件尺寸受炉膛限制尺寸受炉膛限制周期短（几十分钟）周期短（几十分钟）周期长（数十个小时）周期长（数十个小时）无污染无污染有污有污无表面氧化无表面氧化表面氧化表面氧化工艺变形小工艺变形小工艺变形较大工艺变形较大

12、不适合需低温韧性的构件不适合需低温韧性的构件不适合异种金属构件不适合异种金属构件第32页/共41页第三十二页，共42页。振动时效与热时效效果示比较(bjio)意图应力(Mpa)热时效(shxio)振动(zhndng)时效时间：振动时效分钟；热时效小时弹性极限/ /原始残余应力水平(Mpa)(Mpa)弹性工作带宽( (Mpa)Mpa)第33页/共41页第三十三页，共42页。3 振动时效替代(tdi)热时效的原则与技术要求 仅考虑以尺寸(ch cun)(ch cun)稳定性为目标的时效工艺； 消应力效果为20205050； 无去氢、恢复塑性的功能。第34页/共41页第三十四页，共42页。4 振动(

13、zhndng)时效技术标准1:1:机械电子工业部于19911991年1111月2727日批准，19921992年7 7月1 1日实施的（JB/T5926-91JB/T5926-91）；20032003年将颁布修改标准(biozhn)(biozhn)。2:2:机械研究院20032003年将颁布焊接构件的振动时效技术标准(biozhn)(biozhn)。第35页/共41页第三十五页，共42页。技术标准中有关(yugun)构件设计的内容第36页/共41页第三十六页，共42页。第37页/共41页第三十七页，共42页。第38页/共41页第三十八页，共42页。标准附录(fl)(fl)的内容：非熔化焊结构的

14、振动时效可参考本标准；接头应力集中系数应小于2.82.8；振动时效无去氢和恢复塑性的功能不易用于有抗脆断要求的材料；可与振动焊接、热时效、焊趾锤击/ /焊趾超声波冲击等工艺组合应用；矫形到位后再进行振动时效，可以采用预应力的振动矫形；对重要产品的振动时效工艺应先进行振动时效工艺评定；第39页/共41页第三十九页，共42页。5 应用振动(zhndng)时效的构件设计及注意事项 振动时效(shxio)(shxio)工艺满足构件运行特征； 材料有良好的塑性； 结构几何比较均匀（壁厚、断面变化）； 尽量避免点焊、跳焊、塞焊和搭接焊等应力集中系数较高的连接； 构件声学性能适合振动，有支撑和固定激振器的条件，容易形成弯曲、扭转、扭曲、钟型、鼓型等振动； 矫形到位后再进行振动时效(shxio)(shxio)。第40页/共41页第四十页，共42页。感谢您的观看(gunkn)！第41页/共41页第四十一页，共42页。NoImage内容