[發明專利]一種高壓水射流降低焊接殘余應力的工藝方法

在審

• 申請號: 201910091047.6
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109735695A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 鄭紅祥;邊增鑫;蔣文春;羅云;高思康;楊燃;陳裕達;孫任翔
• 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;C22F1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種高壓水射流降低焊接殘余應力的工藝方法，屬于焊接強化技術領域。采用本發明所述方法，首先采用壓痕法對焊接件進行試驗測量其焊接殘余應力，進而對焊接件進行仿真模擬，得到焊接殘余應力的模擬分布規律，通過模擬結果選擇合適的水射流工藝參數后再進行降低焊接殘余應力的實際操作，克服了現有高壓水射流降低焊接殘余應力方法中憑借經驗操作導致的強化效果不佳等問題，具有精確化、低能耗、效果好及效率高的優點。

技術領域

本發明屬于焊接強化技術領域，特別涉及一種高壓水射流降低焊接殘余應力的工藝方法。

背景技術

焊接是把兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或分子之間的結合和擴散連接成一體的工藝過程。若焊接結構中存在數值過大、分布不均勻的焊接殘余應力，將會導致焊接結構產生冷熱裂紋、脆性斷裂、疲勞斷裂、應力腐蝕斷裂等失穩破壞，而且還會產生焊接變形，影響結構的尺寸精度、穩定性，因此如何改善焊接殘余應力成了提高焊接結構性能面臨的最主要問題。

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，焊后熱處理降低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，但這些方法難以降低死角部位(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。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高壓水射流降低焊接殘余應力的工藝方法，以有效地降低焊件的殘余應力，解決焊件應力腐蝕開裂和高溫疲勞開裂的問題。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高壓水射流降低焊接殘余應力的工藝方法，包括以下步驟：

(1)將兩個不銹鋼鋼板試件焊接在一起，焊接接頭形式為對接接頭，焊接件冷卻后采用壓痕法進行試驗，測量焊接件的焊接殘余應力；

(2)利用有限元軟件ABAQUS中建立仿真模型，得到焊接殘余應力的分布規律；

(3)編寫一個三維的高壓水射流移動載荷子程序DLOAD，在有限元軟件ABAQUS中調用該子程序進行計算，得到經高壓水射流處理時合適的工藝參數，包括水射流靶距、水射流壓力、水射流沖擊次數和水射流移動速度；

(4)將焊接件固定在工作臺上，根據步驟(2)和(3)中所得到的焊接殘余應力分布場及高壓水射流工藝參數，調整高壓噴嘴與焊縫的距離、水射流移動速度、水射流沖擊次數和高壓發生裝置的初始壓力，使高壓水射流的軸線垂直于焊縫表面進行沖擊處理。

進一步地，所述步驟(1)中焊接件的焊接殘余應力獲取方法為：應用KJS-2型壓痕法智能應力測試系統測量焊接的殘余應力，采用電阻應變花作為測量用的敏感元件，在電阻應變花中心部位采用沖擊加載制造壓痕，通過應變儀記錄壓痕區外彈性區域應變增量變化，按照胡克定律可計算沿應變方向的殘余應力。

進一步地，噴嘴垂直于試件表面，水由超高壓水射流泵輸送到噴嘴處，形成高壓，經噴嘴后沖擊在試件表面上，水射流壓力分布曲線如圖5所示，高壓水射流對試件的作用力隨著沖擊半徑增大而減小，直至為零。

與現有技術相比，本發明的一種高壓水射流降低焊接殘余應力的工藝方法所具有的有益效果是：