基于聲彈性理論的超聲波評價焊接殘余應(yīng)力基礎(chǔ)研究.pdf

1、焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制貫穿于焊接過程的各個環(huán)節(jié)，它不僅是保證焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品安全、高效融入市場循環(huán)的關(guān)鍵，而且也是推動焊接技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。焊接殘余應(yīng)力是影響甚至決定焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因而對焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行評價是實現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量保障的可行手段。但目前焊接殘余應(yīng)力評價方法均存在一定問題，因而探討一種適用于焊接殘余應(yīng)力評價的技術(shù)方法就亟待解決。
　　鑒于此，本課題以不銹鋼、碳鋼、鋁合金焊接結(jié)構(gòu)為研究對象，基于臨界折射縱波

2、（Lcr波）聲彈性理論，探討了Lcr波評價其殘余應(yīng)力的技術(shù)方法與機(jī)理，借助互相關(guān)理論探討了互相關(guān)步長對Lcr波評價焊接殘余應(yīng)力結(jié)果精度的影響規(guī)律，揭示了其影響機(jī)理；通過熱處理工藝，制備并探討了晶粒尺寸對Lcr波聲彈性系數(shù)的影響規(guī)律，獲得了晶粒尺寸與Lcr波聲彈性系數(shù)間的映射關(guān)聯(lián)，結(jié)合彈塑性變形理論澄清了晶粒尺寸對Lcr波聲彈性系數(shù)的影響機(jī)理；借助不同焊接方法，獲得了不同結(jié)構(gòu)形式的焊接接頭，提出了晶粒尺寸影響Lcr波評價焊接殘余應(yīng)力的修正

3、方法，實現(xiàn)了Lcr波評價焊接殘余應(yīng)力的研究。
　　基于Lcr波聲彈性理論，推導(dǎo)出適用于Lcr波評價焊接殘余應(yīng)力的傳播時間差-應(yīng)力理論公式，并實現(xiàn)了互相關(guān)步長的優(yōu)化研究。結(jié)果表明：互相關(guān)步長是影響超聲波聲時差計算結(jié)果的關(guān)鍵因素，隨互相關(guān)步長增大，Lcr波傳播時間差結(jié)果精度逐漸提高，當(dāng)互相關(guān)步長達(dá)到1周期時，再隨互相關(guān)步長增大，Lcr波傳播時間差結(jié)果基本保持不變。綜合認(rèn)為，1周期長度為最佳互相關(guān)步長。
　　借助Lcr波聲彈性系數(shù)

4、標(biāo)定試驗，通過斷口形貌明確了Lcr波評價304L不銹鋼、碳鋼（Q235鋼和45鋼）、6061鋁合金應(yīng)力的機(jī)理，建立了其晶粒尺寸對Lcr波聲彈性系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，揭示了其影響機(jī)理。結(jié)果表明：隨應(yīng)力增大，Lcr波在304L不銹鋼、碳鋼（Q235鋼和45鋼）、6061鋁合金中的傳播速度逐漸減小，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力轉(zhuǎn)折點時，再隨應(yīng)力增大，Lcr波在其中的傳播速度隨應(yīng)力呈不規(guī)則變化。分析認(rèn)為304L不銹鋼、碳鋼（Q235鋼和45鋼）、6061鋁合金的各

5、向異性組織結(jié)構(gòu)引起的不均勻彈塑性變形是導(dǎo)致上述結(jié)果的根本原因；隨晶粒尺寸增大，304L不銹鋼、碳鋼（Q235鋼和45鋼）、6061鋁合金的Lcr波聲彈性系數(shù)均逐漸減小，其變化速率亦逐漸變小。
　　借助晶粒尺寸和Lcr波聲彈性系數(shù)間對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)了Lcr波評價304L不銹鋼T型接頭、碳鋼激光焊對接接頭、6061鋁合金雙軸間攪拌摩擦焊接頭（SR-FSW）殘余應(yīng)力的研究，明確了其修正方法，并采用小孔法對其修正結(jié)果進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明：L