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振动调制电渣焊提高焊接性能与寿命

【摘要】:如前所述,电渣焊热输入功率大,致使接头的热影响区和焊缝的组织晶粒粗大,这严重影响了电渣焊接头的力学性能,也在一定程度上限制了电渣焊在工业上的使用和推广。研究结果表明,振动调制电渣焊提高了焊接接头的侧弯性能和热影响区的冲击韧度值,振动调制还在热状态下通过热塑性变形调整,从而降低残余应力,这能有效地防止焊接裂纹的形成和工件的变形,对提高构件的疲劳寿命,改善焊缝的综合性能有一定的影响。

如前所述,电渣焊热输入功率大,致使接头的热影响区和焊缝的组织晶粒粗大,这严重影响了电渣焊接头的力学性能,也在一定程度上限制了电渣焊在工业上的使用和推广。振动调制(又称随焊振动)是在振动时效基础上发展起来的一项焊接工艺,它是在正常的焊接过程中给焊件施加周期性的外力,即使焊件振动。研究发现:振动调制焊接可以有效地细化晶粒,提高焊接接头的整体性能,将振动调制工艺应用于电渣焊中,形成了振动调制电渣焊。

电渣焊接头形成过程实际上是焊缝金属凝固的过程。在焊接过程中对熔池施加振动,势必增加熔池中液态金属的对流,这是一种利用外力的对流,即强制对流。众所周知焊接熔池的热量传输主要依靠对流和热传导两种方式,在金属凝固过程中强制对流能促进温度的均匀化,降低焊缝处的温度梯度和促使过热组织的消失。由于振动加速熔池金属的传热过程,使得熔合线处的温度传输加速,降低了该处的温度梯度,在一定程度上抑制枝状晶的长大,细化晶粒。另外,振动还可以碎化已经形成的枝状晶而获得大量的结晶核心,振动在强迫枝间液体流动的过程中促进了溶质的均化,减少了熔合区的成分偏析。同时振动使得在结晶过程中气泡、杂质等容易上浮,促使一些杂质和气体析出。这在一定程度上改善了焊接接头的组织和性能。

一般认为焊缝区和热影响区晶粒粗大是电渣焊力学性能,特别是侧弯性能不佳的根本原因,通过振动调制工艺,在一定程度上细化了焊缝和热影响区的晶粒,从而使侧弯性能明显上升。研究结果表明,振动调制电渣焊提高了焊接接头的侧弯性能和热影响区的冲击韧度值,振动调制还在热状态下通过热塑性变形调整,从而降低残余应力,这能有效地防止焊接裂纹的形成和工件的变形,对提高构件的疲劳寿命,改善焊缝的综合性能有一定的影响。

振动调制工艺效果决定于其振动参数,包括振动幅度、振动频率、振动时间等,合适的振动参数可以得到最佳的接头性能,因此合理地选取振动参数对振动调制效果是极为重要的。除了采用电磁振动的方法之外,还可以用超声波振动实现对焊缝熔池的振动或搅拌。