振动焊接工装设计(何为振动焊接技术？竟然如此神威)

Posted 2023-05-27

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振动焊接工装设计(何为振动焊接技术？竟然如此神威)

振动焊接作为一种在焊接过程中向构件输入机械振动的工艺，具有热处理和振动时效无法比拟的优势。它利用振动与焊接热过程的复合作用来提高焊接接头的综合质量，不仅能降低材料的残余应力，而且能细化焊缝晶粒、优化接头组织、提高材料的力学性能、显著改善接头品质，并且缩短生产周期、降低生产成本、低噪声、无污染。

振动焊接是在焊接过程中对焊件施加周期性外力，使熔池处于稳定的振动状态，从而达到细化晶粒、降低焊接残余应力，优化接头性能的焊接工艺。在焊接过程中施加一定振幅范围内的轻微振动，势必对焊接熔池有一定的影响

（1）对焊缝和热影响区组织的影响

焊接时，选取合适的机械振动参数可使焊缝及热影响区产生附加的新晶核，并使正在成长的树枝晶及魏氏组织破碎，晶粒大小均匀，晶粒细化

（2）对焊缝质量的影响

振动焊接时，熔池中的气体和夹杂物更易于溢出焊缝表面，减少焊缝内部的缺陷，减小微裂纹源；加上振动有降低焊接残余应力、细化晶粒的效应，有利于延缓裂纹萌生，提高焊缝质量。

（3）对残余纵向应力σx（平行于焊缝方向）的影响

振动对残余纵向应力的影响不显著，应力水平与屈服应力相当，但对拉应力的分布宽度有一定影响。合适的振动可以减小拉应力的分布面积，减弱残余应力对构件的不利影响。下图为16Mn R钢板在不同振动参数（振动频率）下的残余纵向应力对比试验结果，可以看出振动焊接后拉应力的分布面积明显缩小。

不同频率下，振动对残余应力的影响

（4）对残余横向应力σy（垂直于焊缝方向）的影响

残余横向应力一般垂直于平面状焊接缺陷（如裂纹、未焊透）及热影响区，故其不利作用要远大于残余纵向应力对结构承载能力的影响。一旦开裂，就可能形成平行于焊缝表面的长裂纹，甚至形成贯穿裂纹。振动对改善残余横向应力有明显效果，合适的振动可以减小拉应力的平均值，统计平均下降水平为25 ％，可明显减小残余应力对构件的不利影响。

（5）对焊接角变形的影响

焊接变形是焊接应力的外观表征之一，振动可以减小焊接残余应力，也必然减小焊接变形；统计24 mm厚钢板的焊接角变形测量结果，得到：对接焊角变形由不振动的1.08°减小到0.38°，降低约64 ％；搭接焊角变形由不振动的0.84°减小到0.34°，降低约59 ％；T型接头焊角变形由不振动的3～4°减小到0.06~2°，下降幅度大于50 ％。

（6）对焊接热影响区疲劳寿命N的影响

振动可以明显提高焊接热影响区的疲劳寿命，平均幅度大于10 ％，最高可达35.5 ％。

（7）对裂纹扩展速率的影响

由于裂纹扩展速率与应力强度因子的平方成正比，振动降低了残余应力，降低裂纹扩展的驱动力，也延缓了裂纹控制速度。另外，由于振动细化晶粒，增大了裂纹扩展的阻力，有效降低了非稳态裂纹扩展（pop-in）的几率。

文章内容引自陆庆华，振动对焊接接头组织与性能的影响及其工程应用，如有问题请作者联系17695923816