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焊接結(jié)構(gòu)機床殘余應(yīng)力檢測

來源:南京聚航科技有限公司   2022年08月24日 14:20  

近年來,焊接結(jié)構(gòu)機床取代鑄鐵件的趨勢不斷擴大。然而,國內(nèi)在生產(chǎn)制造過程中,仍存在著很多難題,如結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊接工藝、應(yīng)力變形和時效處理等。而國外已大量采用焊接結(jié)構(gòu)床身,制造技術(shù)已經(jīng)成熟。本次實驗對國內(nèi)外不同結(jié)構(gòu)焊接機床件進行殘余應(yīng)力檢測,對比分析其應(yīng)力水平,為突破焊接機床制造過程中的技術(shù)難題、研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計、應(yīng)力變形和時效處理技術(shù)提供依據(jù)。

焊接機床件的結(jié)構(gòu)分析

測試研究的焊接結(jié)構(gòu)機床件主要有床身、滑鞍和立柱,均采用Q235鋼板焊接而成。床身外形尺寸為1710mm*2780mm*580mm,主平板厚25mm、側(cè)壁板厚20mm、底板厚20mm、內(nèi)部筋板厚15mm,采用三根鋼管作為筋板支撐?;巴庑纬叽鐬?20mm*2700mm*252mm,內(nèi)部設(shè)置交叉筋板,中間布置三根鋼管作為支撐,橫筋厚10mm,中間縱筋厚15mm,導(dǎo)軌底部的縱筋厚20mm。立柱外形尺寸為1110mm*2060mm*782mm,前壁板厚25mm,側(cè)壁板厚20mm,后壁板厚15mm,內(nèi)壁筋板厚15mm。

此外,還選擇了國外某滑鞍作為對比測試對象,并對滑鞍進行解剖分析。該滑鞍結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)良,筋板較少,板厚較薄,焊縫較少。

殘余應(yīng)力檢測方法及使用儀器

本次實驗采用盲孔法檢測殘余應(yīng)力,即在被測材料表面粘貼應(yīng)變片,在應(yīng)變片中心鉆孔,鉆孔直徑1.5mm、深2mm,根據(jù)鉆孔后測得的釋放應(yīng)變計算出殘余應(yīng)力。設(shè)備采用聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測試系統(tǒng),由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成。多點測量、實時顯示數(shù)據(jù)、儲存數(shù)據(jù)。

殘余應(yīng)力檢測結(jié)果與分析

焊接床身、滑鞍和立柱的殘余應(yīng)力檢測結(jié)果及分析

焊接結(jié)構(gòu)機床.png

1-3是焊接床身、滑鞍和立柱的殘余應(yīng)力檢測結(jié)果

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得出一下結(jié)論;

1.床身的筋板數(shù)量較多,底板和導(dǎo)軌處的焊縫較多,其*大殘余應(yīng)力為274.4MPa;由表1可知,床身應(yīng)力和變形*大的位置在四根導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)和外部導(dǎo)軌的外端部;由測試結(jié)果可見:四根導(dǎo)軌處的殘余應(yīng)力整體較大,在115.6-274MPa之間。

2.滑鞍的結(jié)構(gòu)尺寸較長,內(nèi)部筋板數(shù)量多,焊縫較長,其*大殘余應(yīng)力為300.6MPa,所剩位置除3、5點外,殘余應(yīng)力均在210MPa以上。

3.與床身和滑鞍相比,立柱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單,筋板和焊縫數(shù)量相對較少,其*大殘余應(yīng)力為154.9MPa,明顯低于床身和滑鞍。

國外某滑鞍殘余應(yīng)力檢測結(jié)果及分析

焊接結(jié)構(gòu)機床1.png

國外某滑鞍殘余應(yīng)力檢測結(jié)果(表4)可知,該滑鞍的*大殘余應(yīng)力為129.8MPa,位于底板上;兩根導(dǎo)軌處的殘余應(yīng)力為7.5-99.8MPa,整體處于較低的水平。

綜上所述,焊接機床件的初始殘余應(yīng)力較高,達到240-300MPa;根據(jù)靜力學(xué)分析,優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、減少筋板和焊縫數(shù)量、縮短焊縫長度均有利于減少焊接機床件的初始殘余應(yīng)力。此外,實施熱時效、振動時效等時效處理以消除殘余應(yīng)力是提高焊接機床產(chǎn)品質(zhì)量和精度*不可少的技術(shù)措施。

結(jié)論

所測焊接床身的筋板和焊縫較多,滑鞍的結(jié)構(gòu)尺寸較長,屬于矮長件,焊縫較長;立柱的焊縫和筋板相對較少,結(jié)構(gòu)尺寸差異較??;測得焊接床身、滑鞍和立柱的*大殘余應(yīng)力分別為274.4MPa,300.6MPa和154.9MPa;焊接機床件的初始殘余應(yīng)力較高(240-300MPa),容易引起變形。

所測國外滑鞍的*大殘余應(yīng)力是129.8MPa,該滑鞍結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)良,焊縫較少;優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和焊接工藝,減少筋板和焊縫數(shù)量,縮短焊縫長度等,是降低焊接機床件初始應(yīng)力、獲得高精度機床產(chǎn)品的基礎(chǔ)。

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