[發明專利]一種高效消除焊接板材殘余應力的方法

有效

• 申請號: 202210562246.2
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN114854946B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 茍國慶;向鵬宇;閆廣隆;朱忠尹;陳兵;張晨昊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C21D1/04
• 分類號: C21D1/04;C21D10/00;C21D9/46;C21D9/50;C21D11/00
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 吳桐

一種高效消除焊接板材殘余應力的方法，焊接板材為316L不銹鋼焊接板材，消除殘余應力的方法是：將柔性加熱板覆蓋在焊接板材上，升溫至設定溫度并保溫，當焊接板材下表面的溫度達到設定溫度時，向焊接板材底部施加超聲波振動，在停止超聲波振動的同時停止加熱，將焊接板材置于空氣中冷卻至室溫，即完成殘余應力消除。所述柔性加熱板的設定溫度為150℃?180℃；所述超聲波振動頻率為20KHz，振幅為0.2mm?0.8mm，振動時間為3min?8min，施加的超聲波功率根據焊接板材大小而定，保證焊接板材的焊縫區域、熔合區域及熱影響區域超聲波的單位面積功率為0.09W/mmsupgt;2/supgt;?0.45W/mmsupgt;2/supgt;。該殘余應力消除方法采用低溫加熱與超聲振動復合，在低溫下即實現了殘余應力的消除，能耗低，效率高。

技術領域

本發明涉及一種高效消除焊接板材殘余應力的方法，屬于殘余應力消除技術領域。

背景技術

殘余應力是指工件在制造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響；當這些因素消失之后，若構件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失，仍有部分作用與影響殘留在構件內，則這種殘留的作用與影響稱為殘余應力。殘余應力一般是有害的，但不會立即表現為缺陷，只有當工件在工作中由于工作應力與內部殘余應力的相互疊加，使總應力超過強度極限時，便會出現裂紋和斷裂等缺陷。

316L不銹鋼屬于奧氏體不銹鋼，總性能優于304和310不銹鋼，具有良好的耐氯化物腐蝕性能，廣泛應用于鐘表工業、熱交換器、管道、食品及化工工業。焊接后會產生大量殘余應力，通常采用溫度高于500℃的熱處理法消除，雖然有效，但是需要加熱到較高溫度，能耗高，且生產的周期長，耗時耗力。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種高效消除焊接板材殘余應力的方法。該殘余應力消除方法采用低溫加熱與超聲振動復合，通過精準配合加熱溫度，超聲振動施加時間、超聲振動參數及超聲振動時間等，在低溫下即實現了殘余應力的消除，能耗低，效率高。

本發明實現其發明目的首先提供一種高效消除焊接板材殘余應力的方法，所述焊接板材為316L不銹鋼焊接板材，消除殘余應力的方法是：將柔性加熱板覆蓋在焊接板材上，保證覆蓋面積包括全部的焊縫區域、熔合區域和熱影響區域，柔性加熱板升溫至設定溫度并保溫，通過溫度傳感器監測焊接板材的溫度，當焊接板材下表面的溫度達到柔性加熱板的設定溫度時，向焊接板材底部施加超聲波振動，在停止超聲波振動的同時停止加熱，將焊接板材置于空氣中冷卻至室溫，即完成殘余應力消除；

所述柔性加熱板的設定溫度為150℃-180℃；

所述超聲波振動頻率為20KHz，振幅為0.2mm-0.8mm，振動時間為3min-8min，施加的超聲波功率根據焊接板材大小而定，保證焊接板材的焊縫區域、熔合區域及熱影響區域超聲波的單位面積功率為0.09W/mm²-0.45W/mm²。

本發明的原理及有益效果是：本發明通過柔性加熱板均勻加熱焊接板材焊縫的焊縫區域、熔合區和熱影響區域至150℃-180℃，使得焊接板材的焊接區域產生熱應力，焊接板材內的熱應力與殘余應力相疊加，促進材料發生微觀塑性變形。此時，在保溫的同時向焊接板材底部施加頻率為20KHz，振幅為0.2mm-0.8mm的超聲振動，在高頻振動的配合下，伴隨著位錯的運動，位錯密度增加，保證焊接區域單位面積0.09W/mm²-0.45W/mm²的超聲功率，超聲振動3min-8min后，可使得板材的殘余應力得到充分松弛釋放。本發明消除殘余應力的方法中所用熱處理溫度遠低于現有技術中的焊后熱處理，在低溫下即實現了焊接板材殘余應力的消除，節省能源，加工效率高。

進一步，本發明所述消除焊接板材殘余應力的方法適用于厚度為1mm-20mm的焊接板材。

進一步，本發明所述柔性加熱板的升溫速率為5℃/min-10℃/min。