[發明專利]一種基于溫度梯度對焊接殘余應力預測的方法及控制設備

在審

• 申請號: 201810067180.3
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108032016A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 翁祖隆;陳民昌;嚴夢凡;高亮;趙忠快
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K31/12;G01N33/20;G01N1/28;G01L5/00
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本發明公開了一種基于溫度梯度對焊接殘余應力預測的方法及控制設備，其特征是：改變同種金屬焊接前及焊后的試件溫度，用應變片檢測焊接時的應力走向對比焊接試件溫度梯度對焊接應力的影響關系，從而控制焊接試件溫度梯度來預測金屬材料在焊接后的內部應力分布及狀態，減少材料焊接后的殘余應力，優化構件力學性能，本發明主要由硅碳棒、固定板、導桿、彈簧和應變片組成。本發明的特點是：（1）結構緊湊，適用于研究不同材料的焊接內應力；（2）原理上將焊接殘余應力的產生原因由多元化轉化為一元化，方便了對焊接殘余應力的預測；（3）通過測出的焊接應力與該試樣的焊接溫度梯度進行對比，預測出焊接溫度梯度與應力分布及大小的關系。

技術領域

本發明涉及金屬焊接領域,具體為一種基于溫度梯度對焊接殘余應力預測的方法及控制設備。

背景技術

焊接殘余應力是指在焊接過程中，熱應力、相變應力、加工應力等超過屈服極限，以致冷卻后焊件中留有未能消除的應力。焊接殘余應力的產生使焊接結構的強度及使用壽命造成很大的影響。在焊接結構的使用過程因焊接殘余應力的存在使焊接結構突然的破壞嚴重影響了結構及設備的使用安全。因此，對于焊接工程中產生的焊接殘余應力的預測，對于焊接結構及設備的安全性及可靠性有著非常重要的意義。在焊接時，由于材料的受熱不均勻，焊接構件厚度不相等，及焊接結構的相互約束，使焊縫在焊接結束后無法避免的產生焊接殘余應力。

在焊接過程中不可能對焊接結構使用小孔法破壞焊接進行對所產生的焊接殘余應力進行測量，所以利用相同的焊接材料制成試件焊接進行測量并預測焊接結構所產生的焊接殘余應力成為了重要的手段。而不同的焊接熱輸入功率、焊前預熱溫度、焊后冷卻時間和保溫溫度對焊接結構所產生的焊接殘余應力造成不同的影響，通過單因素的方法標定焊接殘余應力并通過實驗來模擬焊接結構的溫度梯度。通過模擬的溫度題度所產生的焊接殘余應力來預測焊接結構的焊接殘余應力。目前社會對于焊接時內應力預測和控制轉置是一個空白，在研究是帶來很大的不便利，因此焊接研究方面急需一種基于溫度梯度對焊接殘余應力預測的方法及控制設備。

發明內容

本發明的目的是提供將焊接殘余應力的產生原因由多元化轉化為一元化的方法及設備，用于控制焊接焊接前預熱溫度來預測金屬材料在焊接后的內部應力分布及狀態，減少材料焊接后的殘余應力，優化焊接后的力學性能。實現上述目的，本發明采取以下技術解決方案：

一種基于溫度梯度對焊接殘余應力預測的方法及控制設備，其特征是：改變同種金屬焊接前預熱溫度及焊后的冷卻速度，用應變片檢測焊接時的應力走向對比焊接試件溫度梯度對焊接應力的的影響關系，從而控制焊接試件溫度梯度來預測金屬材料在焊接后的內部應力分布及狀態，減少材料焊接后的殘余應力，優化焊接后的力學性能，本發明由焊接預熱模塊、應力檢測模塊、溫度控制模塊及偏心夾緊模塊組成；所述焊接預熱模塊包括硅碳棒、上固定板、下固定板、導桿及彈簧組成一個自動貼合試件的加熱模塊，方便應對不同試件，提高加熱效率；所述應力檢測模塊是貼合在試件上的八片應變花來檢測焊接中的材料應力變化，當內部應力使試件產生變形時，收集記錄數據到應變儀上，方便后續的數據處理；所述溫度控制模塊是安裝在試件內部的熱電偶控制溫度調節，使試件內外穩定在調節的溫度；所述偏心夾緊模塊包括壓塊、壓桿、偏心螺桿及螺母，安裝且固定試件，方便焊接。具體包括以下步驟：

（1）將試件加工至尺寸要求，測量面用砂紙打磨干凈表面露出金屬光澤；

（2）在試件測量焊接殘余應力上畫線確定應變花的粘貼位置；

（3）將試件置于機座上，調整試件對接間隙，拉動偏心螺桿，使壓塊將兩焊接試件壓緊在機座上，使焊接試件無法產生位移，將試件兩頭預焊接五毫米，使試件固定；松開試件偏心螺桿，解除壓塊對試件的約束；

（4）將八片應變花粘貼在兩塊試件劃線所確定的粘貼位置上，每塊試件都貼有四片應變花，且每片應變片與焊接試件的坡口邊界距離相等；