关于外加磁场作用方向对焊接残余应力的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第42卷第11期机械工程学报Vo1．42No．112006年11月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGNov．2006外加磁场作用方向对焊接残余应力的影响术林健蔡志鹏赵海燕黄士卫朱钰安2吴刚2f1．清华大学机械工程系北京100084；2．北京市设备安装工程公司北京100045)摘要：针对新近发展起来的降低钢铁工件中残余应力的脉冲磁处理方法作用规律较为复杂的现状，研究了磁处理降残余应力效果的外磁场方向这一关键因素。通过盲孔法在16Mn焊接应力试样上进行残余应力的研究，

2、研究脉冲磁处理前后试样中的残余应力分布，并对不同外磁场方向导致的磁处理效果进行对比。试验结果表明，在其他处理参数相同的情形下，不同的外磁场方向可导致不同的磁处理效果：磁场沿最大主应力方向进行处理，残余应力变化不明显；而磁场与最大主应力方向垂直进行处理，可获得较为明显的残余应力降低效果。采用电阻应变片研究不同外磁场方向引起试样中的磁致伸缩，获得不同外磁场方向作用下试样中磁致伸缩的不同特征，分析认为，这与脉冲磁处理效果的方向敏感性密切相关。关键词：磁处理磁场方向残余应力磁致伸缩中图分类号：TG441．8量点，应力试样的形状尺寸及应力测量点的布置如O前言图

3、1所示。近年的研究表明，脉冲磁场处理可以改变钢铁JDr_一材料中的残余应力llJ。美国Innovex公司将脉冲磁t0Y●●(，●O●O．_场作用在高速钢刀具上，发现处理后刀具中的残余皇应力有所改善，其使用寿命得到明显提制。唐非等[5】的研究表明，脉冲磁场作用可降低钢铁材料中焊接方向的残余应力，应力分布呈整体下降趋势，下降的最400高幅值可达40％。然而，也有研究表明，并不是所有磁场处理均图1应力试样的形状尺寸及应力测量点的布置示意图可降低残余应力，在某些情况下残余应力可能不(0处理前测量，●处理后测量)变【6】，在特定情况下残余应力甚至会上升【7J。

4、图1中，残余应力测量点布置在离焊缝中心线由此可见，脉冲磁处理过程的现象非常复杂，20mm处，测量点之间间距10mm，磁处理前测量不同的处理条件甚至会引起相反的应力变化趋势。三个点处的应力，处理后测量4个点处的残余应力。因此，对磁处理的参数进行相应的研究，有利于澄焊接过程数值模拟和应力测试的实践都表明[8】，该清脉冲磁处理的作用规律，便于该技术的推广应用。区域内的残余应力在垂直焊缝断面上较大，且分布本研究是针对磁处理过程中磁场作用方向与初始应较为均匀，最大主应力基本上沿焊缝方向。残余应力方向之间的关系对处理效果的影响所展开的，此力的测量采用盲孔法进行，

5、孔径1．5mm。方面的研究鲜有报道。选取三块应力状态相似的试样，磁处理分别单独采用三个方向的磁场，如图2所示。1磁场方向影响处理效果试验研究处理过程中所采用的磁场为脉冲磁场，脉冲的频率为0．5Hz，其波形如图3所示。1．1试验设计峰值磁场强度风和处理时问f均为引起残余应用埋弧自动焊的方法在钢铁试样中“制造”初力变化的敏感参数，本研究通过数值模拟和试验测始残余应力，选用材料16Mn，热轧状态，屈服极限量相结合，使j个方向处理的峰值磁场强度和为405MPa，在焊接的准稳态区布置残余应力的测处理时间t均相同。磁处理前后，测量试样中的残余应力值，以比较不同方

6、向磁场处理所引起的残余国家自然科学基金(5O5O5O19)、北京市自然科学基金(3O42O1O)资助应力变化特点。项目。20051207收到初稿，20060716收到修改稿维普资讯http://www.cqvip.com林健等：外加磁场作用方向对焊接残余应力的影响203皇＼倒略(a)磁场沿最大主应力方向(向)图4磁场垂直最大主应力方向处理的应力变化曲线图图5显示了三个方向磁场处理引起残余应力平均值变化的结果。一降低3．1％四处j(b)磁场垂直最大主应力方向(J，向)降低29．凸一降低2．4％200蕊《l州霉：础《1O0纂鬻嚣噶鬟蠹O煳蕊鬻同磁场Y向磁

7、场z向磁场(c)磁场垂直应力测量平面(z向)图5三个磁场方向引起的残余应力变化结果由图5可见，磁场沿最大主应力方向进行处理图2磁处理方向示意图向)时，试样中最大主应力变化不大，其应力平均变化量仅为5．3MPa，相对变化量为2．4％，残余应力无明显变化。而当磁场垂直最大主应力方向进行处理时(沿Y、z向)，最大主应力发生明显下降，其稿应力相对下降量分别为31．1％和29．7％。霹帮应力测量区域内的最小主应力数值较小，为6OMPa左右，约为最大主应力的25％，且处理前后变化不大，平均值为50MPa，用此变化反映磁处理的效果难以说明问题，故在此不再详细讨论。

8、D采集时间t．图3脉冲磁场波形示意图2讨论1．2试验结果试验结果表明，磁场垂直最大主应力方向(即Y由以上第1