多阶多点激振消除圆筒容器焊接残余应力

摘要

机械振动消应力技术已应用多年，但是效果一般，只能消除15％～20％左右。目前对于圆筒容器等多自由度复杂焊接结构的振动消应力处理，未能考虑其多阶模态特性的影响，实际操作中导致出现欠振动区等严重影响消应力效果，甚至使振动消应力无法在压力容器上应用，工程实际急需能充分发挥振动消应力优势，如利用焊接结构模态特性，通过优化消应力工艺来改善焊缝组织等提高残余应力消除效率的实用技术方法。振动消应力的激振点选择很单一，大多是随机选择，没有考虑焊接结构模态特性。缺少科学实用的振动消应力效果评价体系。振动消应力的价值应该不仅仅在于消除残余应力多少，应该从经济性、环保和效率等方面，更全面地进行评定。以上这些问题使得振动消应力效果偏低，应用不是很广泛，导致其操作方便、提高生产效率、降低能耗和成本等优势没有体现出来。
　　针对以上问题，提出多阶多点激振消除焊接残余应力法。考虑焊接结构多阶固有频率和振型等多变量对焊接残余应力消除机理及效果的影响，探讨避免振动消应力实际操作中出现欠振动区等影响消应力效果的机理与工程实现方法。基于焊接结构的多阶模态特性，研究激振频率、激振点位置及数量等对振动消应力效果的影响，建立利用焊接结构多阶固有频率及其振型来确定多个激振点及其相应激励频率的高效振动消应力工艺方法。综合考虑振动消应力效果、经济性和环保等多因素影响，建立科学实用的振动消应力效果评价体系。
　　实验结果证明多阶多点激振消应力相比传统低阶振动消应力，效果和效率都有明显的提升。焊缝的横向和纵向残余应力都得到很大的消除，应力集中现象得到有效去除;多阶多点激振消应力能够使焊缝表层金属晶粒更加细化，组织更加均匀。最后量化对比了低频振动消应力、热处理消应力和多阶多点激振消应力的综合效果，为振动消应力的应用提供一个客观的参考准则。

目录

声明

摘要

物理量名称及符号表

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 焊接残余应力

1．2．1 焊接残余应力成因及分布

1．2．2 焊接残余应力的危害

1．3 消除圆筒容器焊接残余应力技术的研究现状

1．3．1 优化焊接工艺法

1．3．2 焊后消应力法

1．3．3 机械振动消除焊接残余应力研究现状

1．3．4 圆筒容器动消除焊接残余应力目前存在的问题

1．4 研究内容

1．5 本章小结

第2章 多阶多点激振消应力法的机理与工艺设计

2．1 多阶多点激振消应力机理

2．1．1 振动消应力机理

2．1．2 多阶多点激振消应力机理

2．2 多阶多点激振消应力工艺设计及效果预测

2．2．1 多阶多点激振消应力工艺流程

2．2．2 多阶多点激振消应力效果预测

2．3 本章小结

第3章 多阶多点激振消应力实验

3．1 焊件模态分析及消应力工艺参数确定

3．1．1 圆筒容器焊接结构的模态分析

3．1．2 确定多阶多点激振消应力工艺参数

3．1．3 应力测量方法选择

3．2 圆筒容器焊接结构制备

3．2．1 实验材料的选取和焊件的制备

3．2．2 焊接方法和要求

3．3 多阶多点激振消应力实施流程

3．3．1 焊缝表面应变片贴合处预处理

3．3．2 实验设备组装与方案实施

3．4 多阶多点激振消应力实验结果

3．4．1 焊缝显微组织观察

3．4．2 应力应变测量结果

3．5 多阶多点激振消应力实验结果分析

3．5．1 激振频率对消应力效果的影响

3．5．2 激振点个数对去除焊接应力效果的影响

3．5．3 四种消应力法的综合效果对比

3．6 本章小结

第4章 多阶多点激振消除焊接残余应力过程仿真

4．1 焊接结构的几何模型建立和残余应力场的模拟

4．1．1 建立焊接结构的几何模型

4．1．2 焊接残余应力场的模拟

4．1．3 焊接结构的模态分析结果

4．1．4 多阶多点激振消应力工艺参数选择

4．2 多阶多点激振消应力数值模拟结果分析

4．2．1 激振频率对消应力效果的影响

4．2．2 激振点个数对消应力效果的影响

4．2．3 多阶多点激振消应力模拟结果分析

4．3 本章小结

全文总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和所获奖项

致谢