[发明专利]利用多层多道焊层间焊接余热辅助振动降低厚板焊接残余应力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低多层多道焊焊接件内部残余应力的方法，具体涉及一种利用多层多道焊各焊道之间焊接余热辅助振动时效降低厚板焊接件残余应力的方法，属于振动时效领域。

背景技术

厚板焊接后残余应力的分布于大小与薄板焊接后残余应力的分布情况有显著不同，厚板的焊接残余应力在厚度方向上的分布非常复杂。在厚板焊接时，随着板厚的不同，残余应力的状况不同。对于钢板的焊接，通常当板厚在40-60mm厚时，构件中的残余应力最大；当板厚小于这个厚度范围时，残余应力有随着板厚的增加而增加的趋势；当板厚超过这个范围后，残余应力有一定程度的降低。目前主要通过产生塑性变形抵消构件内部由残余应力引起弹性变形的方法解决焊接残余应力的问题，整体可分为热时效法与机械处理法。鉴于厚板焊接构件往往结构较大且复杂，另一方面热时效炉的容量有限，因此采用热时效退火的方法消除残余应力的方法很难在厚板焊接构件中广泛应用。冲击碾压或锤击这类在薄板焊件中十分有效的机械处理的方法，其作用范围主要局限于构件的表层，因此无法直接应用于厚板焊接构件。目前消除厚板焊接残余应力的方法主要有：调整焊接顺序法，爆炸法，振动法。

调整焊接顺序的方法是通过调整焊件的坡口形式与焊接次序，尽可能降低焊接热输入，通过降低塑性区的最终尺寸达到降低焊接残余应力的目的。这种方法在操作时具有不需要其他辅助方法的优点，但是需要大量的试验与分析获得焊接参数，对一种构件制定的焊接参数很难应用于其他的焊接构件，工艺参数的制定费时费力，且残余应力的降低水平有限。

爆炸法是将炸药布在待处理的焊件上，通过引爆炸药，利用爆炸冲击波对构件进行处理的方法。这种方法具有实施方便、快捷的优势，但是有较大的危险性，使得这种方法的应用受到极大的限制。

将振动应用于降低焊接构件中残余应力有两种方式：一种是焊后进行振动时效。振动时效是使用与试件刚性固定的激振器带动试件共同达到共振，降低构件中残余应力的方法。在振动的过程中，构件内部的残余应力与外载应力相叠加，其和应力超过材料的屈服强度后，发生塑性变形，一定程度的释放残余应力。振动时效前后材料的性能几乎不发生恶化，伴随着残余应力的降低以及材料内部位错的重新分布，其抗松弛稳定性等一系列性能会随之升高，工件的几何尺寸随之趋于稳定。焊接构件由于焊接过程中的不均匀加热，在焊接后构件内部会产生较高的残余应力，将焊接后的构件进行振动，会使峰值残余应力降低20-40%。但是对于刚度较大的构件，由于弯曲变形困难，振动时效时难以达到规定振幅，因此无法使用振动时效降低高刚度焊接构件中的残余应力。

另一种方法是在焊接过程中施加振动。采用自动焊或者手工焊的方法，待焊试件装夹在振动平台上，焊件随振动平台一同振动。这种方法的优势在于，受到振动的影响，熔池搅拌均匀，焊缝质量好，成形美观，振动与焊接同时进行，焊后不需要进行额外的处理。但是手工焊施焊环境恶劣，对焊工的焊接技术要求极高。自动焊过程中，要保证焊接系统不随之振动是一大难点。此外，由于要保证焊接过程的顺利进行，使振动焊接的振幅远小于振动时效的振幅。

综上所述，现有调整焊接顺序的方法降低厚板焊接残余应力存在工作量较大，厚板残余应力的降低不具有普遍性；爆炸法降低厚板焊接残余应力存在安全性较差，适用受限制；焊后进行振动时效降低厚板焊接应力的方法不适用于刚度较大的焊件，适应性较差，焊接过程施加振动时效降低焊接残余应力存在手工焊焊接技术要求无法保证，自动焊焊接系统振动，焊接过程受到影像的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有降低厚板焊接残余应力的方法存在安全性较差，适应性较差以及影响焊接过程的问题，进而提供一种利用多层多道焊层间焊接余热辅助振动降低厚板焊接残余应力的方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的利用多层多道焊层间焊接余热辅助振动降低厚板焊接残余应力的方法的具体步骤为：

步骤一、将激振器固定在振动平台上；

步骤二、通过焊接夹具上的装夹垫片和工件装夹盖板将待焊工件装夹在振动平台上；

步骤三、振前扫频，将加速度传感器固定在待焊工件上，利用加速度传感器拾取振幅，通过逐渐增大激振器的频率，并同时获取振幅信号获得一阶或二阶共振频率，在亚共振频率下调整激振力获得待焊工件的固有频率；

步骤四、将加速度传感器置于振动平台上，根据待焊工件的尺寸和坡口形式，选定焊接层数，对待焊工件进行施焊；