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.
何為振動焊接技術(shù)？竟然如此神威
振動焊接技術(shù)”包括兩個方面,即“焊接技術(shù)”與“焊接振動技術(shù)”兩個內(nèi)容。這里說的“焊接技術(shù)”就是正常的焊接技術(shù),而“焊接振動技術(shù)”就是在焊接過程中根據(jù)不同構(gòu)件施加一種不同參數(shù)的機械振動。
01振動焊接概念
振動焊接技術(shù)是在振動時效技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。但振動焊接技術(shù)的作用明顯優(yōu)於振動時效技術(shù)。振動時效技術(shù)是在構(gòu)件焊好后使用的處理技術(shù),只能對焊接殘余應(yīng)力起到降低和均化作用,而振動焊接技術(shù)從焊接開始就起到細(xì)化晶粒的作用,接著在熱狀態(tài)下通過熱塑性變形來調(diào)整應(yīng)變而降低殘余應(yīng)力。因此,可以說振動焊接從一開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)于振動時效技術(shù)的最突出優(yōu)點。
作為振動焊接,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,振動焊接就完全可以實現(xiàn),焊后不再使用熱時效處理。
焊接構(gòu)件的振動時效技術(shù)是對已焊接成型的構(gòu)件進(jìn)行振動處理,用以降低和均化由于焊接造成的殘余應(yīng)力。而振動焊接是首先將被焊部件進(jìn)行振動,且邊振動邊焊接,直到焊完為止。
這種振動是在一定頻率范圍內(nèi)的輕微振動,其作用如下:首先,當(dāng)焊縫金屬在熔溶狀態(tài)時,振動可以使組織發(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,因此振動很容易使熱應(yīng)力場得到緩解,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,在結(jié)晶過程中使氣泡雜質(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,增強機械性能。
02振動焊接對焊接殘余應(yīng)力分布的影響
振動時效是在構(gòu)件焊接完成后在常溫下進(jìn)行的。因此要使動應(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。振動焊接是在焊接的整個過程中,包括降溫過程在內(nèi),給被焊構(gòu)件一個較輕微的振動,使焊縫在熱狀態(tài)下調(diào)整應(yīng)變而改變熱應(yīng)力場,從而達(dá)到降低和均化應(yīng)力。
振動焊接焊縫前后對比
03振動焊接對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,這是近一百年來人們所公認(rèn)的。因為它是焊接結(jié)構(gòu)普遍存在的問題。因此在研究振動焊接技術(shù)的時候必須研究振動焊接對疲勞性能的影響。在振動時效機理的研究中,已經(jīng)實驗證明:由于降低和均化了應(yīng)力,使焊縫的疲勞性能增強,構(gòu)件的疲勞壽命得到提高。
振動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,振動焊接確實是提高焊件疲勞壽命的有效方法。平臺振動焊接(即不共振的振動焊接)
04振動焊接工藝規(guī)程
應(yīng)該看到的是振動焊接和振動時效是為提高焊縫質(zhì)量而在兩個階段分別采取的技術(shù)工藝過程。振動焊接是在焊接過程中進(jìn)行的振動處理過程,而振動時效是在構(gòu)件焊接成型后而進(jìn)行的時效處理過程,前者的作用在於使晶粒細(xì)化提高材料的機械性能。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。而后者則是專門用於降低和均化焊接應(yīng)力,消除殘余應(yīng)力對變形、開裂和疲勞壽命的影響。相比較而言,盡管在消除應(yīng)力方面、振動焊接起到一定的作用,但其畢竟振動很小,產(chǎn)生的動應(yīng)力不大,因此消除主應(yīng)力的效果是趕不上振動時效的效果更好。從這一點出發(fā),對於大型構(gòu)件建議工藝規(guī)程應(yīng)是振動焊接與振動時效同時采用:即第一階段在焊接過程中采用振動焊接、第二階段采用振動時效處理這將是最佳工藝規(guī)程。
振動焊接工藝參數(shù)
1.激振頻率 20Hz~100Hz;
2.激振振幅 10μm~50μm;
3.振動方式 共振與非共振均可;
4.構(gòu)件直接振動或振動臺帶動構(gòu)件振動均可;
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所對應(yīng)頻率來處理,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振動焊接技術(shù)的適用性
振動焊接技術(shù)的特點決定了該項技術(shù)的適用性。各種實驗驗證了該項技術(shù)有如下的特點:
1.焊接結(jié)晶過程中振動可使晶粒細(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.可免除焊接予熱過程或降低予熱溫度。
8.可排除焊后的熱時效或振動時效處理。
9.顯著的防止或減少焊接裂紋,這是振動焊接一項最突出的特點。
根據(jù)上述優(yōu)點,不難看出振動焊接技術(shù)比起振動時效來說具有更廣闊的前途和更大的適用性。可以說振動焊接技術(shù)在所有的焊接過程中均可應(yīng)用,特別是對於焊接中易出現(xiàn)裂紋和變形的構(gòu)件應(yīng)最先選用振動焊接。對於壓力容器,如能采用振動焊接一定會獲得更好效果,必將大大增加設(shè)備的安全度。
