[發明專利]一種輕質合金中厚板焊后預應力校形及強化方法

有效

• 申請號: 202010465283.2
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111546017B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 劉紅兵;宣揚;于治水
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B24C1/00;B24C5/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

本發明揭示了一種輕質合金中厚板焊后預應力校形及強化方法，包括步驟S1)焊接件加工，S2)焊接殘余應力和變形分析，S3)預應力噴丸路徑及載荷設計，S4)超聲波噴丸校形，S5)外形檢驗及補充校形，S6)焊縫表面超聲波強化。本發明的主要優點是：不改變產品現有焊接工藝和流程，利用撞針式超聲波噴丸設備進行校形及強化，通過更換不同大小的工作頭，實現校形和強化功能，操作方便高效。本發明方法是焊件冷卻后利用未釋放的殘余應力作為預應力載荷施加，可以大大降低校形所需能量，同時避免高溫狀態校形對材料表面造成的損傷。本發明方法尤其適合經熱處理強化的輕質高強材料的焊接變形的控制處理。

技術領域：

本發明屬于焊接校形及強化的技術領域，更具體地，涉及一種輕質合金中厚板焊后預應力校形及強化方法。

背景技術：

輕質鋁合金或鈦合金中厚板焊接是航空航天領域不可缺少的關鍵工藝，但焊接后由于焊縫處的熱脹冷縮會導致零件產生變形，過大的焊接變形，不僅影響產品尺寸精度，而且會降低其承載能力，縮短使用壽命，因此需要對焊后的變形進行校正。除了帶工裝整體校形方法外，一般的方法是焊接后拆卸工裝讓焊接應力釋放，根據零件的變形情況進行校正。

對于薄壁件可以在焊接后拆卸工裝，利用激光噴丸、手提式噴丸或者沖壓等方向實現變形校正，但大尺寸中厚板零件焊接后釋放應力過大，沖壓校形可能會導致焊縫開裂，而激光噴丸或者手提式噴丸校形效率較低。另一方面，焊接后釋放的應力較大，因此是否可以將該部分應力充分利用，提高校形的效率以及校形質量，這對于實際工程應用具有十分重要的意義。

發明內容：

為解決現有技術存在的問題，本發明目的提供了一種多撞針式超聲波噴丸設備對焊接后的零件進行校形和強化，利用未釋放的殘余應力作為預應力載荷施加，可以大大降低校形所需能量，提高校形效率。另外，利用撞針式超聲波噴丸設備進行校形及強化，通過更換不同大小的工作頭，實現校形和強化功能，操作方便高效。

為此，根據本發明的一個方面，提供一種輕質合金中厚板焊后預應力校形及強化方法，其中，該方法包括如下步驟：

S1)焊接件加工：采用一定的焊接工藝參數對輕質合金中厚板進行單面焊雙面成型，焊接后保持工件處于夾持狀態固定并冷卻；

S2)焊接殘余應力和變形分析：根據焊接熱輸入，焊接順序以及工件約束情況，綜合計算分析焊接后工件的應力狀態，以及焊接約束釋放后的變形量；

S3)預應力噴丸路徑及載荷設計：根據計算的變形量，將未釋放的殘余應力作為預應力載荷施加，計算分析工件校正所需要的超聲波噴丸載荷(撞針直徑、振幅、覆蓋率)和噴丸路徑；

S4)超聲波噴丸校形：選用一定直徑的撞針，利用超聲波噴丸設備按設定的振幅和覆蓋率對焊縫及焊縫周邊區域進行噴丸校形；

S5)外形檢驗及補充校形：拆卸焊接工裝，將工件放置于檢驗工裝上檢查其貼合度，用超聲波噴丸設備對局部變形區域補充手工校形；

S6)焊縫表面超聲波強化：選擇小直徑撞針，對校形后的焊縫表面及根部區域(包括焊縫及熱影響區)進行均勻沖擊，使得焊縫表面的覆蓋率控制在100％～150％之間。

進一步優選地，上述超聲波強化的步驟還包括：

a)根據焊縫區域的疲勞壽命要求，確定強化用的撞針直徑(1.2mm和2mm)、撞針振幅(0～100％)、覆蓋率(100％～150％)；

b)利用超聲波噴丸強化設備焊縫對焊縫表面及根部區域(包括焊縫及熱影響區)進行強化處理。

進一步優選地，在S3步驟之前建立撞針直徑的數據：1.2mm、2mm、3mm、4mm，撞針振幅的范圍0～100％、覆蓋率20％～80％以及材料厚度與試板縱向和橫向變形曲率的關系數據庫。