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相同焊接工藝條件下鋼結(jié)構(gòu)不同材質(zhì)焊接件的殘余應(yīng)力分析
相同焊接工藝條件下鋼結(jié)構(gòu)不同材質(zhì)焊接件的殘余應(yīng)力分析
摘 要：通過試驗測試了鋼結(jié)構(gòu)相同焊接工藝條件下不同材質(zhì)焊接件的殘余應(yīng)力，并對試驗結(jié)果進(jìn)行了分析，得出了對相同焊接工藝條件下鋼結(jié)構(gòu)不同材質(zhì)焊接件技術(shù)工藝實踐有指導(dǎo)意義的結(jié)論。
在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，殘余應(yīng)力是使工件產(chǎn)生變形和開裂等缺陷的重要原因，加工后殘余應(yīng)力將影響到腐蝕、開裂、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能。由于人們只注重現(xiàn)代丁藝方法及新材料的開發(fā)研制，而往往忽視殘余應(yīng)力在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加丁過程中的影響。實際上在構(gòu)件的使用過程中，破壞事故除了與材料本身的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度有關(guān)外，往往與殘余應(yīng)力的影響有著密切的關(guān)系。因此對材料焊接加T過程中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生過程、分布情況進(jìn)行研究是十分迫切和必要的。
本文對相同焊接工藝條件下鋼結(jié)構(gòu)不同材質(zhì)焊接件的殘余應(yīng)力進(jìn)行了試驗及分析。
1試驗方法及條件
采用鉆盲孔法測量焊接殘余應(yīng)力，并做標(biāo)定試驗以確定有關(guān)系數(shù)。試驗材料為結(jié)構(gòu)鋼Q235 B和Q345一B。試驗條件：材料為鋼板，尺寸為20(16)mm×2()0 mm×6()(]mm。接頭形式為對接，按焊接規(guī)范模擬生產(chǎn)現(xiàn)場的丁藝。采用手工電弧焊，焊條為J502NiCu，電流為220(1±10％)A，電壓為26(1±7％)V，焊速為2．5～2．9 mm／s。兩種被焊材料的焊接方向均為從左端向右端不問斷焊接。
2試驗分析
2．1 試驗原理
目前在焊接件和鑄件上應(yīng)用較多的殘余應(yīng)力測量方法是盲孔法，盲孔法就是在工件上鉆一小通孔或不通孔，使被測點的應(yīng)力得到釋放，并由事先貼在孔周位的應(yīng)變計測得釋放的應(yīng)變量，再根據(jù)彈性力學(xué)原理計算出殘余應(yīng)力。鉆孔的直徑和深度都不大，不會影響被測構(gòu)件的正常使用。并且這種方法具有較高的精度，因此已成為應(yīng)用比較廣泛的方法之一。
2．1．1理論公式的推導(dǎo)
當(dāng)殘余應(yīng)力沿厚度方向的分布比較均勻時，可采用一次鉆孔法測量殘余應(yīng)力的量值。
圖1表示為被測點()附近的應(yīng)力狀態(tài)：一-和一z為0點的殘余主應(yīng)力。在距被測點距離為r的p
點處，吼和西分別表示鉆孔釋放徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力，夾角為艫。
2．1．3鉆孔設(shè)備及鉆孔要求(DZDI。 1型鉆孔裝置)
1)鉆孔設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單，便于攜帶，易于固定在構(gòu)件上，同時要求對中方便，鉆孔深度易于控制，并能在各種曲面上工作。圖4為小孔鉆的結(jié)構(gòu)圖，這種鉆具能較好地實現(xiàn)上述要求，借助4個螺母可調(diào)節(jié)X、y方向的位置和上、下位置，以保持鉆孔垂直于丁件表面，用萬向節(jié)與可調(diào)速手電鉆連接進(jìn)行鉆孔。
2)鉆孔的技術(shù)要求。
a．被測表面的處理要符合應(yīng)變測量的技術(shù)要求：直角應(yīng)變片應(yīng)用502膠水準(zhǔn)確地粘貼在測點位
置上，并用膠帶覆蓋好絲柵，防止鐵屑破壞絲柵。
b．鉆孔時要保證鉆桿與測量表面垂直，鉆孔中心偏差應(yīng)控制在±O．025 mm以內(nèi)。
c．鉆孑L時要穩(wěn)，機(jī)座不能抖動。鉆孔速度要慢，鉆孔速度快易導(dǎo)致應(yīng)變片的溫度漂移，孔周切削
應(yīng)變增大使測量不穩(wěn)定。為消除切削應(yīng)變的影響，可先采用小鉆頭鉆孑L然后再用銑刀擴(kuò)孔。
2．2平板對接焊縫殘余應(yīng)力的測量
試驗中選取幾個特殊的點：A、B、C點，靠近熔合線，測點布置見圖5。調(diào)壓器電壓應(yīng)保持在60～70 V，進(jìn)刀量盡量小。至預(yù)定孔深2．O mm后，拔出3 結(jié) 論
同樣焊接條件下，Q235一B的殘余應(yīng)力大于Q345 B。而且，Q235 B殘余主拉應(yīng)力接近或超過材料的屈服極限。當(dāng)然處于平面應(yīng)力狀態(tài)條件下，焊接結(jié)構(gòu)中個別點的應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限，并不意味周邊材料都達(dá)到屈服，在結(jié)構(gòu)使用過程中會進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整。但為保證焊接殘余應(yīng)力不過大，焊接后對工件進(jìn)行退火處理是必要的。殘余應(yīng)力過大時，應(yīng)對其焊接工藝適當(dāng)調(diào)整。
摘 要：通過試驗測試了鋼結(jié)構(gòu)相同焊接工藝條件下不同材質(zhì)焊接件的殘余應(yīng)力，并對試驗結(jié)果進(jìn)行了分析，得出了對相同焊接工藝條件下鋼結(jié)構(gòu)不同材質(zhì)焊接件技術(shù)工藝實踐有指導(dǎo)意義的結(jié)論。
在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，殘余應(yīng)力是使工件產(chǎn)生變形和開裂等缺陷的重要原因，加工后殘余應(yīng)力將影響到腐蝕、開裂、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能。由于人們只注重現(xiàn)代丁藝方法及新材料的開發(fā)研制，而往往忽視殘余應(yīng)力在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加丁過程中的影響。實際上在構(gòu)件的使用過程中，破壞事故除了與材料本身的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度有關(guān)外，往往與殘余應(yīng)力的影響有著密切的關(guān)系。因此對材料焊接加T過程中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生過程、分布情況進(jìn)行研究是十分迫切和必要的。
本文對相同焊接工藝條件下鋼結(jié)構(gòu)不同材質(zhì)焊接件的殘余應(yīng)力進(jìn)行了試驗及分析。
1試驗方法及條件
采用鉆盲孔法測量焊接殘余應(yīng)力，并做標(biāo)定試驗以確定有關(guān)系數(shù)。試驗材料為結(jié)構(gòu)鋼Q235 B和Q345一B。試驗條件：材料為鋼板，尺寸為20(16)mm×2()0 mm×6()(]mm。接頭形式為對接，按焊接規(guī)范模擬生產(chǎn)現(xiàn)場的丁藝。采用手工電弧焊，焊條為J502NiCu，電流為220(1±10％)A，電壓為26(1±7％)V，焊速為2．5～2．9 mm／s。兩種被焊材料的焊接方向均為從左端向右端不問斷焊接。
2試驗分析
2．1 試驗原理
目前在焊接件和鑄件上應(yīng)用較多的殘余應(yīng)力測量方法是盲孔法，盲孔法就是在工件上鉆一小通孔或不通孔，使被測點的應(yīng)力得到釋放，并由事先貼在孔周位的應(yīng)變計測得釋放的應(yīng)變量，再根據(jù)彈性力學(xué)原理計算出殘余應(yīng)力。鉆孔的直徑和深度都不大，不會影響被測構(gòu)件的正常使用。并且這種方法具有較高的精度，因此已成為應(yīng)用比較廣泛的方法之一。
2．1．1理論公式的推導(dǎo)
當(dāng)殘余應(yīng)力沿厚度方向的分布比較均勻時，可采用一次鉆孔法測量殘余應(yīng)力的量值。
圖1表示為被測點()附近的應(yīng)力狀態(tài)：一-和一z為0點的殘余主應(yīng)力。在距被測點距離為r的p
點處，吼和西分別表示鉆孔釋放徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力，夾角為艫。
2．1．3鉆孔設(shè)備及鉆孔要求(DZDI。 1型鉆孔裝置)
1)鉆孔設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單，便于攜帶，易于固定在構(gòu)件上，同時要求對中方便，鉆孔深度易于控制，并能在各種曲面上工作。圖4為小孔鉆的結(jié)構(gòu)圖，這種鉆具能較好地實現(xiàn)上述要求，借助4個螺母可調(diào)節(jié)X、y方向的位置和上、下位置，以保持鉆孔垂直于丁件表面，用萬向節(jié)與可調(diào)速手電鉆連接進(jìn)行鉆孔。
2)鉆孔的技術(shù)要求。
a．被測表面的處理要符合應(yīng)變測量的技術(shù)要求：直角應(yīng)變片應(yīng)用502膠水準(zhǔn)確地粘貼在測點位
置上，并用膠帶覆蓋好絲柵，防止鐵屑破壞絲柵。
b．鉆孔時要保證鉆桿與測量表面垂直，鉆孔中心偏差應(yīng)控制在±O．025 mm以內(nèi)。
c．鉆孑L時要穩(wěn)，機(jī)座不能抖動。鉆孔速度要慢，鉆孔速度快易導(dǎo)致應(yīng)變片的溫度漂移，孔周切削
應(yīng)變增大使測量不穩(wěn)定。為消除切削應(yīng)變的影響，可先采用小鉆頭鉆孑L然后再用銑刀擴(kuò)孔。
2．2平板對接焊縫殘余應(yīng)力的測量
試驗中選取幾個特殊的點：A、B、C點，靠近熔合線，測點布置見圖5。調(diào)壓器電壓應(yīng)保持在60～70 V，進(jìn)刀量盡量小。至預(yù)定孔深2．O mm后，拔出3 結(jié) 論
同樣焊接條件下，Q235一B的殘余應(yīng)力大于Q345 B。而且，Q235 B殘余主拉應(yīng)力接近或超過材料的屈服極限。當(dāng)然處于平面應(yīng)力狀態(tài)條件下，焊接結(jié)構(gòu)中個別點的應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限，并不意味周邊材料都達(dá)到屈服，在結(jié)構(gòu)使用過程中會進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整。但為保證焊接殘余應(yīng)力不過大，焊接后對工件進(jìn)行退火處理是必要的。殘余應(yīng)力過大時，應(yīng)對其焊接工藝適當(dāng)調(diào)整。
