外加磁场作用方向对焊接残余应力的影响

针对新近发展起来的降低钢铁工件中残余应力的脉冲磁处理方法作用规律较为复杂的现状,研究了磁处理降残余应力效果的外磁场方向这一关键因素。通过盲孔法在16Mn焊接应力试样上进行残余应力的研究,研究脉冲磁处理前后试样中的残余应力分布,并对不同外磁场方向导致的磁处理效果进行对比。试验结果表明,在其他处理参数相同的情形下,不同的外磁场方向可导致不同的磁处理效果：磁场沿最大主应力方向进行处理,残余应力变化不明显；而磁场与最大主应力方向垂直进行处理,可获得较为明显的残余应力降低效果。采用电阻应变片研究不同外磁场方向引起试样中的磁致伸缩,获得不同外磁场方向作用下试样中磁致伸缩的不同特征,分析认为,这与脉冲磁处理效果的方向敏感性密切相关。     

电磁复合处理降低焊接残余应力增益效应的初步研究

通过外加磁场和通过脉冲电流改善材料的力学性能是两种新型的处理方法,研究表明这两种方法对材料残余应力有一定作用。在这两种处理方法研究的基础上,提出同时耦合脉冲磁场和脉冲电流的复合处理方式,并发现该处理方法在降低残余应力上有不同于磁处理及电处理的增益效应。试验采用16Mn平板焊接试样,通过X射线应力测定仪测量同一位置沿焊缝和垂直焊缝两个方向处理前后的残余应力的大小,并进行比较。试验结果表明,磁处理后残余应力下降10%左右,电处理后应力上升大约20%,而相同参数下同时耦合脉冲磁场、脉冲电流进行复合处理后,应力下降超过50%。对于其中出现的增益效应,初步分析是由于与残余应力相关的位错结构在脉冲磁场与电流复合作用下发生较大迁移,导致了应力的松弛。     

磁场处理降低残余应力过程中应力应变的测量

在前期研究强脉冲磁场处理与低频交变磁场处理降低残余应力，并取得显著效果的基础上，进一步在磁场处理低碳钢制作的试样（包括单向拉伸试样和无应力试样）时，对应力应变过程进行测量。结果表明，单向拉伸试样经过低频交变磁场处理后，材料内部残余应力在下降的趋势，而且处理过程中具有磁振动现象。无应力试样与单向拉伸试验在磁场中，随场强的增加，试样中的应变逐渐由正值变为负值。克应力试验在不同频率的交变磁场中的应变各不     

磁场处理对钢中内应力影响的研究

在前期研究强脉冲磁场处理与低频脉冲交变磁场处理降低焊接残余应力的基础上,进一步对Ｑ２３５和３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢制单向拉伸试样分别进行强脉冲和低频脉冲交变磁场处理。结果表明,单向拉伸试样经磁场处理后,内部拉伸应力都有明显下降的趋势,从而进一步证实了磁场处理在焊接试样上所取得的结果。磁处理过程中试样内部产生的磁振现象很可能对残余应力的松弛起着重要的作用。     

交变磁处理参数对W6Mo5Cr4V2高速钢硬度的影响

基于前期采用Ansoft有限元分析软件对自制磁能强化装置进行建模仿真的基础上,通过正交试验的方法系统研究了磁场频率、励磁电压、磁化时间和磁场方向对W6Mo5Cr4V2高速钢硬度的影响规律,得到了最佳的交变磁处理参数,并对最佳参数下处理的高速钢组织进行了观察。结果表明:交变磁处理可使高速钢的硬度提高4.6HRC;最佳的交变磁处理参数为磁场频率5Hz,励磁电压30V,磁化时间60s,试样被测表面和磁力线在同一个平面上;磁场频率和励磁电压对硬度的影响最大,磁场方向和磁化时间的影响较弱;经最佳参数交变磁处理后,碳化物的分布更加均匀,且尺寸更小,从而使得高速钢的硬度提高。     

基于相位-频率测量的材料残余应力超声表征方法*

针对材料中残余应力无损检测的问题,提出一种基于相位-频率关系测量超声信号传播时间的方法,并以声弹性理论为基础,采用纵波和横波相结合的测量模式,建立残余应力的超声测量方法。该超声测量方法应用于焊接接头的残余应力测量,不仅能够表征两轴方向上的残余应力,而且还适用于短距离声时的精确测量,测量精度达到9 mm试样距离上0.3 ns的分辨率(加载应力为20 MPa)。制作16Mn钢材料的焊接接头,并采用所提出的超声测量方法对焊接接头的残余应力分布进行测量。同时,采用理论计算、X射线衍射技术等分别对16Mn钢材料的声弹性参数及焊接接头残余应力分布进行验证测量。研究结果表明基于相位-频率精确测量声时的残余应力超声测量方法具有较高的应力分辨率和较好的测量稳定性,可适用于焊接接头两轴方向上的残余应力表征。     

一种降低残余应力的新方法——脉冲磁处理法

由试验证明,无论是定拘束单向拉伸试样,还是焊接试样,经适当的高强度脉冲磁处理后,科应力水平明显下降,在大刚度拘束焊接件试样上的结果表明,距焊缝４０ｍｍ附近处的纵向残余应力与横向残余应力下降（１００～１５０）ＭＰａ下降率在４０％以上,纵横向残余应力分布曲线呈一定程度的整体下移,采用若干次强脉冲磁处理的效果更好。     

脉冲磁场处理对SKD11模具钢残余拉应力的影响机理分析

为了探究脉冲磁场处理对SKD11钢残余应力的影响机理,设计了单因素试验并得到了磁场强度、磁场频率、磁场方向以及磁处理时间等参数单独变化时试样残余拉应力的变化结果。同时从应力的本质入手,将磁处理过程划分为位错塞积开动和位错增殖两个阶段来分析,对试验现象做出了全面解释,推导出了在第一阶段中使位错塞积群克服点阵阻力所需的临界磁场强度Hp的公式,以及在第二阶段中使单个弗兰克-瑞德位错源增殖所需的临界磁场强度Hc的公式和使单个位错克服点阵阻力所需的临界磁场强度H'-p的公式。最后,以试验结果和理论推导为依据,建立了脉冲磁场处理在冲压模具的应用中需要遵循的原则。     

磁记忆残余应力无损测量分析研究

文章对16MnR钢的焊缝的漏磁场与焊接残余应力的大小与分布进行了测量。依据磁记忆测残余应力原理构建装置,并用构建好的装置对选定的焊板进行扫描,得到所测残余应力的测量结果;再用小孔法重新测残余应力,得到另一种测量结果。用VB对磁记忆残余应力的测量结果进行编程,编制出关联模型二维分析软件。     

特厚板多层多道焊的Marc有限元模拟

厚板焊接残余应力场的影响因素众多,变化复杂,其应力分布模型的研究是此领域的难点之一,有关的试验样本尚不多见。以两块100 mm的厚板焊接为研究对象,试验模型材质为A105钢,采用埋弧焊,进行多道焊接。采用试验测量和MSC.Marc有限元模拟相结合的方法,对100 mm特厚板多层多道焊的残余应力进行对比分析研究,给出上表面横向残余应力和纵向残余应力以及厚度方向残余应力的分布曲线。有限元计算结果与试验测量结果吻合较好,证明该有限元模型的合理性。特别地,厚度方向残余应力可以通过有限元模型计算得出,解决了实际工程中厚板内部应力难得出的问题,为进一步研究特厚板焊接残余应力提供参考依据。     

EFFECT OF TENSILE STRESS AND RESIDUAL STRESS ON THE SPONTANEOUS STRAY FIELD SIGNALS FROM THE SURFACE OF 0.45%C STEEL

In order to explore the quantitative method of metal magnetic memory testing(MMMT) and clarify the relationship between Hp(y), the normal component of spontaneous stray field, and applied stress or residual stress, the static tensile tests of 0.45%C steel sheet specimens are carried out on a servo hydraulic MTS810 machine. Hp(y) values are measured during the test process by an EMS-2003 metal magnetic memory diagnostic apparatus and a non-magnetic electric control displacement instrument. Residual stresses of some points on the surface of a specimen are measured by a Stress Tech X-Stress 3000 X-ray diffraction instrument. The results show that the same variation rules of Hp(y) value versus applied tensile stress are presented under the different conditions of load-on and load-off. However, the same rule does not exist between the Hp(y) value and residual stress. The variation of Hp(y) value reflects the history of applied tensile stress.     

基于力磁耦合型的管道电磁应力检测解析模型研究

针对管道应力检测和定量化研究,提出一种基于电磁检测原理的管道应力检测方法。本文以J-A模型为基础,采用分子电流理论建立了管道力磁耦合模型,结合非磁滞条件下铁磁材料磁化曲线,利用管道力磁耦合模型解析计算了磁化方向上外磁场和应力对管壁表面磁场的影响规律,并进行了系统性实验研究。研究结果表明,随应力强度的增加,磁化方向上管道电磁应力检测信号呈现先增大后减小的变化趋势(变化方向翻转),翻转点前后均呈线性关系,但磁场信号变化速率改变,磁力学敏感度发生变化;随着外磁场的增加,在磁化曲线处于磁饱和(磁场强度大于20 KA/m)时,应力对铁磁材料磁化强度影响较小,磁场强度约为5 000 A/m时,应力对磁化强度影响较为显著。     

焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响

为了得到T形接头焊接顺序的优化方案,在确定合理的焊接热源形式以及建立有限元模型的基础上,利用单元死活技术从多道焊、分段焊与多层焊的角度对焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响进行数值分析.对于多道焊来说,焊接残余拉应力出现在焊缝及其附近区域,且峰值出现在焊缝区域;相邻焊道之间采用首尾相接的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.对于分段焊来说,采用先焊两端后焊中间的方法不仅可以增加整个焊缝的焊接残余低应力区域;而且可以有效地降低先焊区域的焊接残余应力,降低效果与后焊焊段的焊接方向以及先焊焊段上的点到后焊焊段端部的距离有关.在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.     

离焦量对中空环形激光熔覆层温度场及应力场的影响

为减小光内送粉激光熔覆层的残余应力,研究了不同离焦量对熔覆层温度场和应力场分布的影响规律。采用数值模拟与实验验证相结合的方法分别对离焦量为0、-1 mm、-2 mm、-3 mm、-4 mm的温度场及应力场进行了研究。结果表明：采用负离焦量的温度分布更为均匀,熔覆层内的残余应力更小;离焦量增大时,激光扫描方向上的残余应力随熔覆层深度增大逐渐减小。     

ANALYTICAL MODELING OF THE EFFECT OF THE TOOL FLANK WEAR WIDTH ON THE RESIDUAL STRESS DISTRIBUTION

Tool flank wear has significant effects on the cutting process, as it affects cutting forces, temperature and residual stresses. In this article, analytical models are developed to predict the cutting temperature and residual stresses in the orthogonal machining of a worn tool. In these models, measured forces, cutting conditions, tool geometry, and material properties are used as inputs. Stresses resulting from thermal stresses, fresh tool stresses and stresses due to tool flank wear are used in this analytical elasto-plastic model, and the residual stresses are determined by a relaxation procedure. The analytical model is verified experimentally with X-ray diffraction measurements. With the analytical model presented here, accurate residual stress profiles in worn tools are shown, while the computational time is significantly reduced from days, typical for finite-element method (FEM) models, to seconds.     

Caution to Apply Magnetic Barkhausen Noise Method to Nondestructive Evaluation of Plastic Deformation in Some Ferromagnetic Materials

Magnetic Barkhausen Noise(MBN) method is known as an effective nondestructive evaluation(NDE) method for evaluation of residual stress in ferromagnetic materials. Some studies on the feasibility of the MBN method for NDE of residual strains were also conducted and found applicable. However, these studies are mainly focused on the state of residual strains which were introduced through a one-cycle-loading process. In practice, however, structures may suffer from an unpredictable and complicated loading history, i.e., the final state of plastic strain may be induced by several times of large loads. Whether the loading history has influences on MBN signals or not is of great importance for the practical application of the MBN method. In this paper, several ferromagnetic specimens with the same final state of residual strain but of different loading history were fabricated and inspected by using a MBN testing system. The experimental results reveal that the loading history has a significant influence on the detected MBN signals especially for a residual strain in range less than 1%, which doubts the feasibility to apply the MBN method simply in the practical environment. In addition, micro-observations on the magnetic domain structures of the plastic damaged specimens were also carried out to clarify the influence mechanism of loading history on the MBN signals.     

切削速度对工件表面残余应力的有限元模拟

针对正交切削加工建立了平面应变模型;利用通用的有限元软件,对所建立的模型进行模拟,得到了不同切削速度下工件表面残余应力模拟结果,并对这些结果进行了比较分析,得出切削速度对工件表面不同方向的残余应力的基本影响规律。     

铝合金薄板焊后碾压控制焊接应力变形的数值模拟

采用三维弹塑性有限元法对铝合金薄板的焊后冷碾压过程进行数值模拟,研究焊后冷碾压工艺对铝合金薄板焊接残余应力重新分布的影响以及矫正焊接变形的效果。通过建立两种不同的碾压计算模型发现,在碾压计算过程中只有考虑焊接残余应力场的影响,才能得到与试验测量结果相一致的碾压后残余应力分布。研究结果可用于实际碾压工艺的优化。