超聲沖擊消除殘余應力頻率參數的確定

崔高健，鄭 強，呂婷婷，王元民

（長春工業大學 機電工程學院，吉林 長春 130012）

0 引言

目前消除焊接殘余應力的方法主要有熱處理法、錘擊法、振動時效法、拋丸處理法和機械拉伸法等，也可多種方法結合使用。但這些方法都存在不足，因此需要一種有效的消除殘余應力的方法。近些年，超聲波消除殘余應力技術逐漸受到人們的關注，伴隨著計算機和有限元技術的成熟應用，利用有限元軟件進行數值模擬已成為工程領域內的研究熱點。本文通過ANSYS軟件對焊接過程進行有限元數值模擬，以期獲得較好的超聲沖擊消除殘余應力的頻率參數。

1 超聲消除殘余應力機理及影響因素

在焊接過程中，焊縫及近焊縫區域在加熱冷卻過程中產生了很大的塑性變形，而這種塑性變形的大小在材料內部和表面是不一致的，兩部分塑性變形的差異相互牽制形成應力場，導致了焊接殘余應力的產生。

影響超聲波沖擊消除殘余應力效果的因素有很多，包括超聲波的頻率、振幅，沖擊的位置、速度、時間及沖擊頭的大小等。本文探討沖擊頻率為多大時可以得到較理想的效果。

2 焊接過程的有限元數值模擬

2.1 焊接有限元理論

有限元數值模擬技術在焊接領域中的突出應用是焊接過程的數值模擬。它不僅要考慮有限元數值模擬技術的基本原理，還要考慮焊接過程自身的特點，只有這樣模擬出來的結果才能對實際生產具有參考價值。

焊接過程是一個連續操作的過程，為了模擬焊接，就必須要用生死單元和熱－結構耦合分析功能來進行焊接過程的模擬，而生死單元中又包含大變形理論，因此可以對焊縫區采用子模型技術，同時劃分網格時要對焊縫區域的網格進行加密處理。……