[发明专利]一种基于纵向循环载荷的焊接残余应力控制方法和装置

说明书

本发明提供一种基于纵向循环载荷的焊接残余应力控制方法和装置，其中，方法包括：对焊接工件进行预处理，获取待焊接工件，将待焊接工件安装在工作台上，并一端进行固定；根据待焊接工件使用的金属材质，在金属载荷数据库中查找待焊接工件对应的循环载荷参数；根据循环载荷参数在待焊接工件的另一端连接对应的拉伸装置，拉伸装置在沿焊缝方向上对待焊接工件施加纵向循环载荷，待焊接工件根据纵向循环载荷形成预置弹性变形；采用电弧焊对待焊接工件进行焊接；焊接完成后，根据预设时间保持纵向循环载荷，在待焊接工件空冷时，根据预置弹性变形的回弹抵消焊缝冷却产生的收缩变形。本发明能够通过机械作用主动控制并减小焊接残余应力。

技术领域

本发明涉及焊接残余应力控制技术领域，尤其涉及一种基于纵向循环载荷的焊接残余应力控制方法和装置。

背景技术

在焊接过程中，工件在局部集中热源作用下发生变形时收到约束，从而会产生残留在焊接结构中的残余应力，残余应力会严重影响焊接结构件在使用过程中的稳定性、承载强度、疲劳强度和抗应力腐蚀开裂能力等。因此就需要对焊接过程中产生的残余应力进行处理，降低其带来危害的可能性。

现有技术中，主要从设计和工艺两个方面来减小焊接残余应力。从设计角度，通过选择合理的焊接顺序能够有效控制焊接残余应力，例如，焊接时尽可能考虑焊缝能自由收缩，收缩最大的焊缝先进行焊接，这是一种被动的残余应力控制手段，会受到结构设计的限制，且无法完全避免焊接残余应力。而焊后退火处理是目前应用最广泛的主动去应力方法，通过将焊接结构加热到较低温度，保温一段时间，使金属内部高应力区域发生塑性变形，然后缓慢冷却到失稳，达到减小残余应力，消除危害的作用。但是在很多工况下材料对热作用非常敏感，无法使用热处理手段进行去应力处理。例如，钛合金对温度非常敏感，极易氧化，焊后热处理需要惰性气体保护，成本很高；在很多装配焊接中，结构件中的零部件对温度敏感，无法进行焊后热处理。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于纵向循环载荷的焊接残余应力控制方法和装置。

一种基于纵向循环载荷的焊接残余应力控制方法，包括以下步骤：对焊接工件进行预处理，获取待焊接工件，将所述待焊接工件安装在工作台上，并将所述待焊接工件的一端进行固定；根据所述待焊接工件使用的金属材质，在金属载荷数据库中查找所述待焊接工件对应的循环载荷参数，所述循环载荷参数包括有循环载荷大小和循环载荷频率；根据所述循环载荷参数在所述待焊接工件的另一端连接对应的拉伸装置，所述拉伸装置在沿焊缝方向上对所述待焊接工件施加纵向循环载荷，待焊接工件根据所述纵向循环载荷形成预置弹性变形；采用电弧焊对所述待焊接工件进行焊接；焊接完成后，根据预设时间保持所述纵向循环载荷，在待焊接工件空冷时，根据所述预置弹性变形的回弹抵消焊缝冷却产生的收缩变形。

在其中一个实施例中，所述对焊接工件进行预处理，获取待焊接工件，具体包括：根据物理方法或化学方法中的至少一种，消除焊接工件上的杂质，获取待焊接工件。

在其中一个实施例中，所述金属载荷数据库根据金属材质确定有对应的循环载荷参数。

在其中一个实施例中，所述采用电弧焊对所述待焊接工件进行焊接，还包括：采用单面焊双面成型的成型方式对所述待焊接工件进行焊接。

在其中一个实施例中，在所述焊接完成后，还包括：建立待焊接工件焊接过程的热力耦合有限元分析模型，根据所述热力耦合有限元分析模型对所述预置弹性变形回弹抵消焊缝冷却产生的收缩变形的有效性进行验证。

一种基于纵向循环载荷的焊接残余应力控制装置，包括：工作台、焊机、拉伸装置；所述工作台用于安装待焊接工件；所述焊机连接有焊枪，通过所述焊枪对所述待焊接工件进行焊接；所述焊枪连通有保护气罐，通过所述保护气罐对所述焊枪输送保护气；所述拉伸装置设置在所述待焊接工件的两端，通过力传导介质连接所述待焊接工件。

相比于现有技术，本发明的优点及有益效果在于：