[發(fā)明專利]一種基于縱向循環(huán)載荷的焊接殘余應(yīng)力控制方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110550266.3
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113210799B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫震;于興華;李琰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學重慶創(chuàng)新中心;北京理工大學
• 主分類號: B23K9/025
• 分類號: B23K9/025;B23K9/235;B23K9/32;B23K31/00
• 代理公司: 重慶智慧之源知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50234
• 代理人: 余洪;高彬

本發(fā)明提供一種基于縱向循環(huán)載荷的焊接殘余應(yīng)力控制方法和裝置，其中，方法包括：對焊接工件進行預處理，獲取待焊接工件，將待焊接工件安裝在工作臺上，并一端進行固定；根據(jù)待焊接工件使用的金屬材質(zhì)，在金屬載荷數(shù)據(jù)庫中查找待焊接工件對應(yīng)的循環(huán)載荷參數(shù)；根據(jù)循環(huán)載荷參數(shù)在待焊接工件的另一端連接對應(yīng)的拉伸裝置，拉伸裝置在沿焊縫方向上對待焊接工件施加縱向循環(huán)載荷，待焊接工件根據(jù)縱向循環(huán)載荷形成預置彈性變形；采用電弧焊對待焊接工件進行焊接；焊接完成后，根據(jù)預設(shè)時間保持縱向循環(huán)載荷，在待焊接工件空冷時，根據(jù)預置彈性變形的回彈抵消焊縫冷卻產(chǎn)生的收縮變形。本發(fā)明能夠通過機械作用主動控制并減小焊接殘余應(yīng)力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接殘余應(yīng)力控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于縱向循環(huán)載荷的焊接殘余應(yīng)力控制方法和裝置。

背景技術(shù)

在焊接過程中，工件在局部集中熱源作用下發(fā)生變形時收到約束，從而會產(chǎn)生殘留在焊接結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力會嚴重影響焊接結(jié)構(gòu)件在使用過程中的穩(wěn)定性、承載強度、疲勞強度和抗應(yīng)力腐蝕開裂能力等。因此就需要對焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力進行處理，降低其帶來危害的可能性。

現(xiàn)有技術(shù)中，主要從設(shè)計和工藝兩個方面來減小焊接殘余應(yīng)力。從設(shè)計角度，通過選擇合理的焊接順序能夠有效控制焊接殘余應(yīng)力，例如，焊接時盡可能考慮焊縫能自由收縮，收縮最大的焊縫先進行焊接，這是一種被動的殘余應(yīng)力控制手段，會受到結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制，且無法完全避免焊接殘余應(yīng)力。而焊后退火處理是目前應(yīng)用最廣泛的主動去應(yīng)力方法，通過將焊接結(jié)構(gòu)加熱到較低溫度，保溫一段時間，使金屬內(nèi)部高應(yīng)力區(qū)域發(fā)生塑性變形，然后緩慢冷卻到失穩(wěn)，達到減小殘余應(yīng)力，消除危害的作用。但是在很多工況下材料對熱作用非常敏感，無法使用熱處理手段進行去應(yīng)力處理。例如，鈦合金對溫度非常敏感，極易氧化，焊后熱處理需要惰性氣體保護，成本很高；在很多裝配焊接中，結(jié)構(gòu)件中的零部件對溫度敏感，無法進行焊后熱處理。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種基于縱向循環(huán)載荷的焊接殘余應(yīng)力控制方法和裝置。

一種基于縱向循環(huán)載荷的焊接殘余應(yīng)力控制方法，包括以下步驟：對焊接工件進行預處理，獲取待焊接工件，將所述待焊接工件安裝在工作臺上，并將所述待焊接工件的一端進行固定；根據(jù)所述待焊接工件使用的金屬材質(zhì)，在金屬載荷數(shù)據(jù)庫中查找所述待焊接工件對應(yīng)的循環(huán)載荷參數(shù)，所述循環(huán)載荷參數(shù)包括有循環(huán)載荷大小和循環(huán)載荷頻率；根據(jù)所述循環(huán)載荷參數(shù)在所述待焊接工件的另一端連接對應(yīng)的拉伸裝置，所述拉伸裝置在沿焊縫方向上對所述待焊接工件施加縱向循環(huán)載荷，待焊接工件根據(jù)所述縱向循環(huán)載荷形成預置彈性變形；采用電弧焊對所述待焊接工件進行焊接；焊接完成后，根據(jù)預設(shè)時間保持所述縱向循環(huán)載荷，在待焊接工件空冷時，根據(jù)所述預置彈性變形的回彈抵消焊縫冷卻產(chǎn)生的收縮變形。

在其中一個實施例中，所述對焊接工件進行預處理，獲取待焊接工件，具體包括：根據(jù)物理方法或化學方法中的至少一種，消除焊接工件上的雜質(zhì)，獲取待焊接工件。

在其中一個實施例中，所述金屬載荷數(shù)據(jù)庫根據(jù)金屬材質(zhì)確定有對應(yīng)的循環(huán)載荷參數(shù)。

在其中一個實施例中，所述采用電弧焊對所述待焊接工件進行焊接，還包括：采用單面焊雙面成型的成型方式對所述待焊接工件進行焊接。

在其中一個實施例中，在所述焊接完成后，還包括：建立待焊接工件焊接過程的熱力耦合有限元分析模型，根據(jù)所述熱力耦合有限元分析模型對所述預置彈性變形回彈抵消焊縫冷卻產(chǎn)生的收縮變形的有效性進行驗證。

一種基于縱向循環(huán)載荷的焊接殘余應(yīng)力控制裝置，包括：工作臺、焊機、拉伸裝置；所述工作臺用于安裝待焊接工件；所述焊機連接有焊槍，通過所述焊槍對所述待焊接工件進行焊接；所述焊槍連通有保護氣罐，通過所述保護氣罐對所述焊槍輸送保護氣；所述拉伸裝置設(shè)置在所述待焊接工件的兩端，通過力傳導介質(zhì)連接所述待焊接工件。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果在于：