焊接结构机床残余应力检测

近年来，焊接结构机床取代铸铁件的趋势不断扩大。然而，国内在生产制造过程中，仍存在着很多难题，如结构设计、焊接工艺、应力变形和时效处理等。而国外已大量采用焊接结构床身，制造技术已经成熟。本次实验对国内外不同结构焊接机床件进行残余应力检测，对比分析其应力水平，为突破焊接机床制造过程中的技术难题、研究其结构设计、应力变形和时效处理技术提供依据。

焊接机床件的结构分析

测试研究的焊接结构机床件主要有床身、滑鞍和立柱，均采用Q235钢板焊接而成。床身外形尺寸为1710mm*2780mm*580mm，主平板厚25mm、侧壁板厚20mm、底板厚20mm、内部筋板厚15mm，采用三根钢管作为筋板支撑。滑鞍外形尺寸为620mm*2700mm*252mm，内部设置交叉筋板，中间布置三根钢管作为支撑，横筋厚10mm，中间纵筋厚15mm，导轨底部的纵筋厚20mm。立柱外形尺寸为1110mm*2060mm*782mm，前壁板厚25mm，侧壁板厚20mm，后壁板厚15mm，内壁筋板厚15mm。

此外，还选择了国外某滑鞍作为对比测试对象，并对滑鞍进行解剖分析。该滑鞍结构设计优良，筋板较少，板厚较薄，焊缝较少。

残余应力检测方法及使用仪器

本次实验采用盲孔法检测残余应力，即在被测材料表面粘贴应变片，在应变片中心钻孔，钻孔直径1.5mm、深2mm，根据钻孔后测得的释放应变计算出残余应力。设备采用聚航科技生产的JHMK残余应力测试系统，由JHYC静态应变仪和JHZK钻孔装置组成。多点测量、实时显示数据、储存数据。

残余应力检测结果与分析

焊接床身、滑鞍和立柱的残余应力检测结果及分析

表1-3是焊接床身、滑鞍和立柱的残余应力检测结果

根据以上数据可得出一下结论；

1.床身的筋板数量较多，底板和导轨处的焊缝较多，其最大残余应力为274.4MPa；由表1可知，床身应力和变形最大的位置在四根导轨的内侧和外部导轨的外端部；由测试结果可见：四根导轨处的残余应力整体较大，在115.6-274MPa之间。

2.滑鞍的结构尺寸较长，内部筋板数量多，焊缝较长，其最大残余应力为300.6MPa，所剩位置除3、5点外，残余应力均在210MPa以上。

3.与床身和滑鞍相比，立柱的内部结构相对简单，筋板和焊缝数量相对较少，其最大残余应力为154.9MPa，明显低于床身和滑鞍。

国外某滑鞍残余应力检测结果及分析

由国外某滑鞍残余应力检测结果（表4）可知，该滑鞍的最大残余应力为129.8MPa，位于底板上；两根导轨处的残余应力为7.5-99.8MPa，整体处于较低的水平。

综上所述，焊接机床件的初始残余应力较高，达到240-300MPa；根据静力学分析，优化结构设计、减少筋板和焊缝数量、缩短焊缝长度均有利于减少焊接机床件的初始残余应力。此外，实施热时效、振动时效等时效处理以消除残余应力是提高焊接机床产品质量和精度必不可少的技术措施。

结论

所测焊接床身的筋板和焊缝较多，滑鞍的结构尺寸较长，属于矮长件，焊缝较长；立柱的焊缝和筋板相对较少，结构尺寸差异较小；测得焊接床身、滑鞍和立柱的最大残余应力分别为274.4MPa，300.6MPa和154.9MPa；焊接机床件的初始残余应力较高（240-300MPa），容易引起变形。

所测国外滑鞍的最大残余应力是129.8MPa，该滑鞍结构设计优良，焊缝较少；优化结构设计和焊接工艺，减少筋板和焊缝数量，缩短焊缝长度等，是降低焊接机床件初始应力、获得高精度机床产品的基础。