[發明專利]一種利用高壓水射流消除焊接殘余應力的方法

有效

• 申請號: 201410070760.X
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103805760A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 蔣文春;羅云;王炳英;鞏建鳴;王懷
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: C21D7/06
• 分類號: C21D7/06;C21D9/50
• 代理公司: 淄博佳和專利代理事務所 37223
• 代理人: 張雯

技術領域

一種利用高壓水射流消除焊接殘余應力的方法，屬于焊接技術領域。

背景技術

焊接是一種運用加熱或加壓手段、添加或不添加填充材料將構件不可拆卸的連接在一起或在基材表面堆敷覆蓋層的加工工藝，它是現代生產中一種不可缺少的加工工藝，但由于焊接時由于高度集中的瞬時熱輸入，導致整個構件溫度場分布不均勻，在焊后不可避免產生殘余應力，焊接殘余應力的存在將會嚴重影響焊件的加工制造及其焊接結構的使用性能。焊后接頭的工作應力分布狀態對材料的力學性能有著重大的影響，如在焊接件的長期使用過程中出現的脆性破壞和疲勞破壞等問題，它是通過殘余應力改變的。此外，大量事例表明，焊接殘余應力對結構的應力腐蝕開裂、機械加工精度、結構剛度和受壓桿件穩定性等都有很大的影響對結構完整性產生很大影響。

如何有效地控制焊接殘余應力一直以來都是國內外焊接學者關注的熱點問題，目前控制焊接殘余應力的常規方法有:焊后熱處理、力學形變法（過載拉伸、振動時效、錘擊、噴丸、爆炸處理等）和溫差形變法。隨著科學技術的發展相繼又出現了低應力無變形法、瞬態拉伸焊接法、脈沖磁法、隨焊碾壓法和隨焊錘擊法等現代控制新方法。以上方法各有缺點，例如焊后熱處理消除應力效果較好但是需要消耗大量的能源和時間，對于奧氏體不銹鋼而言需要采用昂貴的固溶處理，目前很多容器都未經熱處理直接使用；振動時效方法雖然能耗小、周期短，卻不適用于處理厚板等高剛性部件；機械作用法雖然應用較為廣泛，但這些方法難以消除死角部位（如接管根部）的殘余應力，使得斷裂失效往往產生于死角位置。現有技術中未涉及高壓水射流可消除焊接殘余應力的設計。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種利用高壓水射流消除焊接殘余應力的方法，該方法可以快速的消除焊接后焊接處殘余的應力，且可對空間狹窄的焊縫進行應力消除，并可保證整個焊縫應力消除效果好、且穩定平均。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：該利用高壓水射流消除焊接殘余應力的方法，包括高壓水射流輸送泵和與其相連的噴嘴，工件上有焊接好的焊縫，焊縫的兩端分別為起始點和終止點，其特征在于，包括如下步驟：

1）將焊接好的工件冷卻后，固定在工作平臺上；

2）將噴嘴移至焊縫的正上方，噴嘴出水口與焊縫間距5~10mm，噴嘴噴出的水射流束垂直于工件表面；

3）啟動高壓水射流輸送泵的液壓和氣壓系統，調整水射流束軸心動壓為220~700MPa；?

4）從焊縫的起始點開始，沿著焊縫移動噴嘴至焊縫的終止點，噴嘴移動速度為0.001~0.01m/s，保持噴嘴出水口與焊縫間距不變；

5）保持步驟4）中噴嘴與工件間距和噴嘴移動速率，將噴嘴沿焊縫往復移動4~8次，關閉噴嘴即得。

所述的工件為304不銹鋼，水射流束軸心動壓為220~250MPa。

所述的工件為316不銹鋼，水射流束軸心動壓為670~700MPa。

所述的工件為304不銹鋼和Q345R復合板，水射流束軸心動壓為280~300MPa。

由于焊縫較細長，采用人工擊打焊接處的方法消除殘余應力，力度不易控制、費時費力；且有時焊縫的位置較偏較窄，無法直接擊打。申請人在研究中發現在工件淬火冷卻后，可采用高壓水射流消除應力。經高壓水射流處理后的焊縫區表面等效塑性應變增大。高壓水射流處理作用在內部存在殘余拉應力的工件表面上，其攜帶的巨大沖擊壓應力在材料表層產生足夠的塑性變形，在焊縫和熱影響區產生拉伸塑性應變，抵消拉伸彈性應變，從而使焊縫及熱影響區殘余應力得到松弛。

高壓的噴嘴距工件件距離5~10mm。申請人在研究中發現噴嘴距工件距離5~10?mm是一個較為合適的噴射距離，在這個距離內殘余應力消除效果更好，距離太大或太小殘余應力效果不顯著。距離太大時需升高水壓造成能耗浪費，距離太小造成水流在工件表面噴濺嚴重，實際操作時影響觀察水流的落點。

申請人認為針對不同的材料選用不用的水射流壓力。根據有限元分析實施實例結果，如針對304不銹鋼，當軸心動壓達到220~250MPa時，焊縫中心縱向殘余拉應力變為壓應力，且軸心動壓較小能耗較低；針對316不銹鋼，當軸心動壓達到670~700MPa時，焊縫中心縱向殘余拉應力變為壓應力，且軸心動壓較小能耗較低；針對304不銹鋼和Q345R復合板，當軸心動壓達到280~300MPa時，焊縫中心縱向殘余拉應力變為壓應力，且軸心動壓較小能耗較低，即可以達到較好的殘余應力消除效果。