何为振动焊接技术，你知道吗？

振动焊接技术”包括两个方面,即“焊接技术”与“焊接振动技术”两个内容。这里说的“焊接技术”就是正常的焊接技术,而“焊接振动技术”就是在焊接过程中根据不同构件施加一种不同参数的机械振动。

1、振动焊接概念

振动焊接技术是在振动时效技术基础上发展起来的。但振动焊接技术的作用明显优於振动时效技术。振动时效技术是在构件焊好后使用的处理技术,只能对焊接残余应力起到降低和均化作用,而振动焊接技术从焊接开始就起到细化晶粒的作用,接着在热状态下通过热塑性变形来调整应变而降低残余应力。因此,可以说振动焊接从一开始就起到了防止焊接裂纹和减少变形的作用。提高焊接质量是优於振动时效技术的最突出优点。

做为振动焊接,它并不要求构件必须达到共振状态,只要达到某一频率范围内且具有一定的振幅就可以,因此振动焊接技术可以在任何构件上应用。特别是在大型结构件焊接修复时,振动焊接就完全可以实现,焊后不再使用热时效处理。

焊接构件的振动时效技术是对已焊接成型的构件进行振动处理,用以降低和均化由於焊接造成的残余应力。而振动焊接是首先将被焊部件进行振动,且边振动边焊接,直到焊完为止。

这种振动是在一定频率范围内的轻微振动,其作用如下:首先,当焊缝金属在熔溶状态时,振动可以使组织发生变化,晶粒得以细化。焊缝晶粒细化必将使材料力学性能得到提高;其次在有温度作用下,焊缝处材料屈服极限很低,因此振动很容易使热应力场得到缓解,极易发生热塑性变形,而释放受约束应变,使应力场梯度减少,故使最后的焊接残余应力得到降低或均化;第三由于振动,在结晶过程中使气泡杂质等容易上浮,氢气易排除,焊缝材料与母材过渡连接均匀、平缓,降低应力集中,提高焊接质量。因此振动焊接可以有效地防止焊接裂纹和变形,提高构件的疲劳寿命,增强机械性能。

2、振动焊接对焊接残余应力分布的影响 

振动时效是在构件焊接完成后在常温下进行的。因此要使动应力和残余应力之和大于材料常温下的屈服极限(σS)则必须具有较大激振力。振动焊接是在焊接的整个过程中,包括降温过程在内,给被焊构件一个较轻微的振动,使焊缝在热状态下调整应变而改变热应力场,从而达到降低和均化应力。

振动焊接焊缝前后对比

3、振动焊接对焊缝疲劳性能的影响

焊接结构的破坏大多数是疲劳破坏,而且疲劳破坏大多数发生在焊缝附近,这是近一百年来人们所公认的。因为它是焊接结构普遍存在的问题。因此在研究振动焊接技术的时候必须研究振动焊接对疲劳性能的影响。在振动时效机理的研究中,已经实验证明:由於降低和均化了应力,使焊缝的疲劳性能增强,构件的疲劳寿命得到提高。

振动焊接可以大幅度提高焊接结构件的疲劳寿命,提高率在70%以上,振动焊接确实是提高焊件疲劳寿命的有效方法。平台振动焊接(即不共振的振动焊接)

4、振动焊接工艺规程

应该看到的是振动焊接和振动时效是为提高焊缝质量而在两个阶段分别采取的技术工艺过程。振动焊接是在焊接过程中进行的振动处理过程,而振动时效是在构件焊接成型后而进行的时效处理过程,前者的作用在於使晶粒细化提高材料的机械性能。降低焊接应力和变形、减少气孔和杂质并使焊接纹理细密提高宏观焊接质量。而后者则是专门用於降低和均化焊接应力,消除残余应力对变形、开裂和疲劳寿命的影响。相比较而言,尽管在消除应力方面、振动焊接起到一定的作用,但其毕竟振动很小,产生的动应力不大,因此消除主应力的效果是赶不上振动时效的效果更好。从这一点出发,对於大型构件建议工艺规程应是振动焊接与振动时效同时采用:即第一阶段在焊接过程中采用振动焊接、第二阶段采用振动时效处理这将是最佳工艺规程。

振动焊接工艺参数

1.激振频率 20Hz~100Hz;

2.激振振幅 10μm~50μm;

3.振动方式 共振与非共振均可;

4.构件直接振动或振动台带动构件振动均可;

5.振幅的选择应尽量接近材料晶粒的直径,即不同材料选用不同的振幅;

6.在20Hz~100Hz范围内如有共振峰,可选择共振峰高1/3~2/3所对应频率来处理,但要保证振幅在规定范围内,共振易於调整振幅值;

5、振动焊接技术的适用性

振动焊接技术的特点决定了该项技术的适用性。各种实验验证了该项技术有如下的特点:

1.焊接结晶过程中振动可使晶粒细化,因此使焊缝材料力学性能显著提高,材料的屈服极限σS、强度极限σb均可提高10%~30%,这有助於防止焊接热裂纹和冷裂纹的发生。

2.降低焊接残余应力30%以上,这有助於于防止或减少焊接构件使用中发生裂纹,延长使用寿命,稳定构件的尺寸精度。

3.降低焊接变形30%以上,如果采用“予刚度法”和“予应力法”则变形可降低60%以上,达到设计要求。

4.由於晶粒细化和残余应力的降低,提高了焊缝断裂韧性20%以上,极大的提高了焊缝材料抗开裂的能力。

5.提高疲劳极限15%以上,提高焊缝疲劳寿命70%以上。这是各种效果的综合值,提高使用寿命这也是各种附加工艺所追求的最终目标。

6.减少砂眼、跳焊等,使焊接纹理细密,减少根部的应力集中,显著提高焊接质量。 

7.可免除焊接予热过程或降低予热温度。

 8.可排除焊后的热时效或振动时效处理。

9.显著的防止或减少焊接裂纹,这是振动焊接一项最突出的特点。

根据上述优点,不难看出振动焊接技术比起振动时效来说具有更广阔的前途和更大的适用性。可以说振动焊接技术在所有的焊接过程中均可应用,特别是对於焊接中易出现裂纹和变形的构件应最先选用振动焊接。对於压力容器,如能采用振动焊接一定会获得更好效果,必将大大增加设备的安全度。