机械振动焊接对残余应力的影响机理分析

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1、机械振动焊接对残余应力的影响机理分析摘要：机械振动焊接是在振动调整残余应力技术基础上发展起来的一项焊接新技术。这种焊接新技术不仅能提高焊接质量，改善焊接接头金相组织，提高接头金属的力学性能，而且能省去焊后调整残余应力的工序，从而缩短生产周期，降低生产成本，并将给焊接生产领域带来巨大的经济效益。机械振动焊接可降低焊接残余应力，当频率、振幅选取合适时其降低效果更显著。关键词：机械振动焊接；残余应力；影响机理中图分类号：P755文献标识码：A引言振动焊接是在正常焊接过程中给焊件施加周期性的外力，使焊件振动，从而达到降低焊接残余应力，提高焊接质量的一种新型焊接工艺。它是在振动时效技术基础上

2、发展起来的一项新技术。振动焊接不仅能降低焊接残余应力，而且能够大大地改善焊接质量，提高焊缝的机械性能。一、与机械焊接相关的概念分析1、焊接。也称作熔接、�7接，是一种以加热方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接透过下列三种途径达成接合的目的：加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助单独加热熔点较低的焊料，无需熔化工件本身，借焊料的毛细作用连接工件在相当于或低于工件熔点的温度下辅以高压、叠合挤塑或振动等使两工件间相互渗透接合，依具体的焊接工艺，焊接可细分为气焊、电阻焊、电弧焊、感应焊接及激光焊接等其他特殊焊接。焊接的能量来源

3、有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。72、振动摩擦焊接机工作原理分析。振动焊接是摩擦焊接过程，其间被焊接的制件在压力下磨擦到一起直到生成的磨擦和剪切热量使头蚧面达到充分熔融状态。一旦熔融膜已经形成渗入到足够深的沓接区域，相对运动停止，在压力作用下焊缝冷却并固化。振动焊接适用几乎所有的热塑笥塑料，往复运动方向上具有允许的无约束运动焊缝的

4、制件，中型或大型制件。振动焊接的材料因素与超声焊接类似：无定形材料比半结晶聚合物更适合采用振动焊接的类似。环形振动焊接可连接焊区尺寸与焊区到旋转轴的距离近似相等的制件。线性振动焊接用在允许一个方向上线性振动的成套制件上。接头当被连接的整个表面是平的或稍向平面外弯曲时，对制件来说振动焊接工艺是最理想的。振动焊接尤其适合热塑性材料。二、焊接残余应力相关问题的概述1、含义。焊件在焊接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限，以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。这样，焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织

5、是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接残余应力，是焊接工程研究领域的重点问题。涉及焊接的各种工程应用中，都十分关注残余应力的影响。例如，在土木工程领域，对于钢结构焊接连接，残余应力对结构的疲劳性能，稳定承载力等均有影响。2、模拟应用。近年来计算机数值模拟技术逐渐应用于焊接结构残余应力的研究中。焊接残余应力应力的计算机模拟采用热力耦合的弹塑性有限元模型，采用热分析与静力分析耦合的方法，计算得到了包括激光焊、搅拌摩擦焊、线性摩擦焊、惯性摩擦焊等高新焊接技术在内的几乎所有焊接技术得到的焊接结构中的残余应力分布。模拟结果与实验测得值吻合良好，计算机模拟方法正在逐步推广成为工业界广泛采用的一种

6、不可或缺的数字化制造技术。三、振动消除残余应力的探究7振动消除应力实际上是用周期的动应力与残余应力叠加，是局部产生塑性变形而释放应力。这里残余应力是作为平均应力提高周期应力水平而起作用的。振动处理是对构件施加一交变应力，如果交变应力幅与构件上某些所存在的残余应力之和达到材料的屈服极限时，这些点产生塑性变形。如果这些循环应力使某些点产生晶格滑移，尽管宏观上没有达到屈服极限，也同样产生塑性变形，况且这些塑性变形往往是首先发生在残余应力最大的点上，因此，使这些点受约束得变形得到释放，从而降低了残余应力。这就是用振动时效可从而降低了残余应力的机理。1、振动消除应力原理其实质是以振动的形式给

7、工件施加附加应力,当附加应力与残余应力叠加后,达到或超过材料的屈服极限时,工件发生微观塑性变形,从而降低和均化工件内的残余应力,并使其尺寸精度达到稳定。实际使用情况表明，经过振动时效设备的工件尺寸精度稳定性良好，振动时效设备费用仅为热时效的10%左右，能源消耗不到热时效的5%。由于振动时效技术经济效果日益显著，其应用范围也不断扩大。在机械制造、航空、化工器械、动力机械等行业中，用钢、铸铁、有色合金等材料制造的各类零件成功地采用了振动时效设备。7这种工艺是将激振器牢固地