超声波冲击消除焊接残余应力工艺规程(修改).doc

第页共NUMPAGES8页WSD82111L-2300003B第页共NUMPAGES8页武汉二七长江大桥正桥工程钢梁制造超声波冲击调整焊接残余应力工艺规程WSD82111L-2300003B1编制说明本工艺规程根据招标文件、设计图纸及《设计技术交底》，并结合相关桥梁制作经验进行编制。2超声波冲击调整焊接残余应力的目的超声波冲击调整焊接残余应力的目的：降低焊接残余应力峰值，改善焊接部分的受力性能，提高焊接接头的疲劳性能，延长桥梁的使用寿命。3超声波冲击时机超声波冲击应在焊缝变形矫正、外观检验及无损检验合格后，且在焊缝外形修磨、检验合格后进行。4结构特点与超声波冲击调整焊接残余应力要求4.1钢槽梁部分钢槽梁断面为开口单箱单室断面，为全焊结构，腹板与顶、底板焊缝为厚板熔透角焊缝，焊接约束度大，焊后有较大焊接残余应力，为改善此部位受力性能，需要采用超声波冲击方法调整焊接残余应力。如图1中数字序号为需要调整焊接残余应力的焊缝。图14.2结合梁部分本桥斜拉索锚固采用锚拉板结构形式，此种结构细节构造简单。由锚拉板、锚管、锚垫板、锚拉板加劲等组成，锚拉板直接焊接于钢主梁的上翼板上。图2锚拉板为直接承受、传递吊索索力的结构，其质量的好坏直接关系到大桥的成败，为此工厂将锚拉板的制造作为关键控制项目。由于锚管、锚拉板为主要受力部件，该处均为厚板焊接，焊后焊接残余应力较大且分布不均匀。残余应力所产生的残余变形及残余应力与工作应力叠加均会影响其结构刚度和疲劳强度。为此对锚拉板与锚管间焊缝、锚拉板与钢主梁上翼板间焊缝的焊接残余应力进行检测，并采用超声波冲击方法调整焊接残余应力，以提高锚拉板的承载质量。如图2中数字序号为需要调整焊接残余应力的焊缝。5超声波冲击调整焊接残余应力工艺流程根据本桥的结构特点，为了降低、均化上述焊缝残余应力，拟采用超声波冲击法调整焊接残余应力工艺，并进行冲击前后残余应力测试，以监测其效果，其工艺流程如图3。图3应力测试超声波冲击应力测试效果评定6超声波冲击原理、特点及设备6.1超声波冲击原理：是利用变幅杆的高频率振荡来推动冲击头以20kHZ以上的频率撞击焊缝及其热影响区。由于冲击时高频、聚焦下的大能量，使金属表层产生较大的压缩塑性变形，改变焊缝表面下一定深度的应力场，从而调整焊接残余应力。6.2超声波冲击特点：体现在冲击后对焊接残余应力的影响，大幅度降低焊接残余应力峰值，细化焊缝表面晶粒。图4对于20kHZ频率、振幅40μm的冲击工艺，其冲击头撞击焊缝的速度约3.4m/s，作用时间约10-5秒。高冲击能量主要对工件表面产生二方面作用，其一，冲击部位及其附近产生一定层深的微量塑性变形，以大幅降低焊接残余应力；其二，冲击部位表面温度急剧上升和急剧冷却，交变热循环和交变外应力撞击作用，使受冲击部位外表塑性变形层的晶粒细化。6.3超声波冲击设备：根据本桥制造总体安排，对上述焊缝调整焊接残余应力处理时,采用型号为WD2040超声波冲击设备（如图4所示），其主要参数如下：参数性能额定频率输出振幅最大处理速度冲击头超声波冲击时效层深WD204020kHZ40μm150mm/min针式12mm额定频率：为冲击头冲击焊缝及热影响区的频率。WD2040型设备冲击频率为20kHZ。输出振幅：冲击头振动幅度，WD2040型冲击振幅为40μm。最大处理速度：冲击头处理焊缝的行走时速。冲击头：￠6针式超声波冲击时效层深：指超声波冲击波在焊缝厚度方向影响的有效深度，WD2040型设备的时效层深为12mm。7超声波冲击部位及工艺7.1超声波冲击部位：钢槽梁需冲击的角焊缝为腹板与顶底板间角焊缝共计4条；锚拉板需冲击的角焊缝为锚拉板与锚管、钢主梁上翼板间角焊缝共计3条。见图1，图2。图5冲击部位包括焊缝、焊趾及与焊趾紧连10mm宽带的母材热影响区，如图5示意。焊缝残余应力峰值一般在焊缝或焊趾处，角焊缝根部横向应力及表层应力远大于心部应力。母材的热影响区（拉应力区）一般与焊缝宽度相当，角焊缝高应力（残余拉应力）区在离焊趾10mm的宽度内。7.2超声波冲击工艺：超声波冲击工艺由以下几个参数确定。冲击头选择：采用针式￠6冲击头。冲击频率：选用20kHZ。在冲击头重量、冲击幅度一定时，频率决定冲击能量。输出振幅：冲击头冲击振幅选定40μm。振幅也影响其冲击能量及塑性变形层深和时效层深。冲击方向：冲击过程中，冲击头与焊缝表面垂直并做一定角度的摆动，且应沿焊缝来回移动。如图5。处理速度：对板厚（δ=28～50mm）的角焊缝，冲击头移动速度一般在150mm/min左右。7.3超声波冲击部位在冲击前，应涂刷石灰水，石灰水干后形成白色待冲击带，超声波冲击时，应将此白色待冲击带的白色全部冲击掉。8应力测试原理、方法及测点布置8.1应力测试原理