CN102168236B - 一种降低铝合金箱梁焊接结构残余应力的超声冲击处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工艺技术领域，为一种降低铝合金箱梁焊接结构残余应力的超声冲击处理工艺，该工艺具体步骤如下：①根据铝合金板厚或焊角高度选择冲击头，根据焊缝位置选择单排或双排冲击头；②超声冲击处理工艺参数优化：根据铝合金板厚及焊角高度优化冲击处理工艺；③对铝合金箱梁焊接结构进行冲击处理：采用优化的超声冲击工艺对铝合金箱梁焊接结构焊缝进行处理；④验证超声冲击处理工艺降低焊接残余应力的效果。本发明的优点：①本发明可以无限次的准确的重复②本发明可以有针对性和选择性的对焊缝进行处理；③本发明的处理工艺消除焊接残余应力效果明显，可以降低60％以上。
Description
技术领域
本发明属于工艺技术领域，涉及一种降低铝合金箱梁焊接结构残余应力的超声冲击处理工艺，它适用于3mm～30mm厚的铝合金箱梁焊接结构焊接残余应力的处理。
背景技术
随着大型结构件轻量化的需求，越来越多的结构件选用铝合金箱梁焊接结构，由于结构的特点和采用的熔化焊接工艺，焊接完成后的结构件存在很大的焊接残余应力。如果不控制焊接残余应力，就会造成结构件在承受交变载荷作用时容易产生疲劳开裂，造成产品失效。因此，必须采取措施消除焊接残余应力，通常的措施为，一是在焊接过程中或焊接完成后采用对焊缝捶击或敲打的方法来消除焊接结构件的残余应力；还有采用对焊接完成后的箱梁结构件进行整体热处理；再者是采用喷丸的方法对箱梁焊接结构件进行处理。这些方法虽有一些成效，但是，都存在局限性。
超声冲击处理工艺是乌克兰首先提出的用来降低或改善铸、锻件残余应力的工艺方法。将超声冲击处理工艺用于铝合金箱梁焊接结构技术上还存在一些缺点，首先原来的工艺采用单针冲击头，处理的效率很低，往往要重复七、八次，甚至更多，其次，冲击头型号单一，没有区分冲击铝合金或者是钢焊缝，更没有区分焊接构件的板厚，使超声冲击处理的效果不够理想。再次，原来的超声冲击工艺采用手工处理，随机性大，导致处理工艺不能准确重复。
发明内容
本发明的技术方案是为了克服现有技术中存在的现有消除铝合金箱梁焊接结构焊接残余应力工艺的不足的缺点，提供一种操作方便、效率高，效果显著和有选择和可重复性的适用于3mm～30mm厚的铝合金箱梁焊接结构焊接残余应力冲击处理工艺。
本发明的技术方案：
一种降低铝合金箱梁焊接结构残余应力的超声冲击处理工艺，该工艺具体步骤如下：
第一步：冲击头的选择：根据铝合金板厚选择冲击头型号，铝合金板厚为3mm～10mm，选择直径4mm小型冲击头，铝合金板厚为11mm～20mm，选择直径6mm中型冲击头，铝合金板厚为21mm～30mm，选择直径8mm大型冲击头；根据焊缝类型选择冲击头，角焊缝选单排冲击头；对接焊缝选双排冲击头；
第二步：超声冲击处理工艺参数优化：根据铝合金板厚优化冲击处理工艺，铝合金板厚或焊角高度为3mm～10mm，冲击速度1.2mm/min～1.4mm/min，铝合金板厚或焊角宽度为8～10mm，冲击次数为4次；铝合金板厚或焊角高度为11mm～20mm，冲击速度0.8mm/min～1.2mm/min，铝合金板厚或焊角宽度为大于10mm至小于或等于12mm，冲击次数6次；铝合金板厚或焊角高度为21mm～30mm冲击速度0.6mm/min～0.8mm/min，铝合金板厚或焊角宽度为大于12mm至小于或等于15mm，冲击次数7次；
第三步：对铝合金箱梁焊接结构进行冲击处理：采用优化的超声冲击工艺对铝合金箱梁焊接结构焊缝进行处理；
第四步：效果评定：通过对经过超声冲击处理和未经过超声冲击处理的铝合金箱梁焊接结构焊缝出进行焊接残余应力状态对比，验证超声冲击处理工艺降低焊接残余应力的效果。
本发明的有益效果：
①与传统的捶击或敲击焊缝相比较，传统的捶击或敲击不能够准确的再实现，随机性大，很难保证捶击的一致性，而超声冲击工艺由于可以控制量化的处理工艺参数从而可以无限次的准确的重复②与热处理消除焊接残余应力工艺相比，热处理必须对整个焊接构件进行处理，而且有的焊接构件不适合进行热处理，而超声冲击处理工艺可以有针对性和选择性的对箱梁结构的局部焊缝进行处理；③与传统的捶击或热处理工艺比较，超声冲击处理工艺采用采用多针冲击头消除焊接残余应力效果明显，可以降低60％以上。
附图说明
本说明书共有3幅附图。
图1.为焊缝经过超声冲击处理前后的焊趾型态图；
(a)为焊态；
(b)为超声冲击态；
图2.为壁厚为6mm的铝合金支架结构示意图；
图3.铝合金支架冲击前、后两条焊缝σx应力对比；
(a)冲击前后ed边应力对比；
(b)冲击前后ab边应力对比。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步描述：
本发明是一种降低铝合金箱梁焊接结构残余应力的超声冲击处理工艺，它适用于3mm～30mm厚的铝合金箱梁焊接结构焊接残余应力的处理。该工艺具体步骤如下：
第一步：冲击头的选择：根据铝合金板厚选择冲击头型号，铝合金板厚为3mm～10mm，选择直径4mm小型冲击头，铝合金板厚为11mm～20mm，选择直径6mm中型冲击头，铝合金板厚为21mm～30mm，选择直径8mm大型冲击头；根据焊缝类型选择单排或双排冲击头，角焊缝选单排冲击头；对接焊缝选双排冲击头；
第二步：超声冲击处理工艺参数优化：根据铝合金板厚优化冲击处理工艺，铝合金板厚或焊角高度为3mm～10mm，冲击速度1.2mm/min～1.4mm/min，铝合金板厚或焊角宽度为8～10mm，冲击次数为4次；铝合金板厚或焊角高度为11mm～20mm，冲击速度0.8mm/min～1.2mm/min，铝合金板厚或焊角宽度为大于10mm至小于或等于12mm，冲击次数6次；铝合金板厚或焊角高度为21mm～30mm冲击速度0.6mm/min～0.8mm/min，铝合金板厚或焊角宽度为大于12mm至小于或等于15mm，冲击次数7次；
第三步：对铝合金箱梁焊接结构进行冲击处理：采用优化的超声冲击工艺对铝合金箱梁焊接结构焊缝进行处理；对铝合金焊缝进行处理时，必须使焊缝与母材交界处圆滑过渡，见图1b，未经过超声处理的焊缝与母材过渡形式见图1a。
第四步：效果评定：通过对经过超声冲击处理和未经过超声冲击处理的铝合金箱梁焊接结构焊缝出进行焊接残余应力状态对比，验证超声冲击处理工艺降低焊接残余应力的效果。
实施例1
如图2所示，对6mm厚的铝合金箱梁焊接结构支架进行超声冲击处理。它包括以下步骤：
第一步：冲击头的选择：根据铝合金支架壁厚为6mm且焊缝为角对接结构，因此选择直径4mm的双排小型冲击头；
第二步：超声冲击处理工艺参数优化：根据铝合金支架壁厚为6mm优化冲击处理工艺，冲击速度1.3mm/min，宽度10mm，次数4次、冲击角度90°；
第三步：对铝合金箱梁焊接结构进行冲击处理：采用优化的超声冲击工艺对铝合金支架两条长焊缝进行处理；
第四步：效果评定：通过对经过超声冲击处理和未经过超声冲击处理的铝合金箱梁焊接结构焊缝出进行焊接残余应力状态对比，残余应力平均降低86％。支架焊接结构冲击前后焊接残余应力对比见附图3，图3a是图2焊接结构ed焊缝冲击前后的应力对比，经过数据对比，经过冲击后焊接残余应力降低77％；图3b是图2焊接结构ab焊缝冲击前后的应力对比，经过数据对比，经过冲击后焊接残余应力降低95％。
实施例2
对15mm厚的铝合金矩形梁进行超声冲击处理。它包括以下步骤：
第一步：冲击头的选择：根据铝合金矩形梁厚为15mm且焊缝为平对接结构，因此选择直径6mm的双排中型冲击头；
第二步：超声冲击处理工艺参数优化：根据铝合金矩形梁壁厚为15mm优化冲击处理工艺，冲击速度1.0mm/min，宽度12mm、冲击角度90°；
第三步：对铝合金矩形梁焊接结构进行冲击处理：采用优化的超声冲击工艺对铝合金矩形梁两条长焊缝进行处理；
第四步：效果评定：通过对经过超声冲击处理和未经过超声冲击处理的铝合金矩形梁焊接结构焊缝出进行焊接残余应力状态对比，残余应力平均降低81％。
实施例3
对25mm厚的铝合金箱体进行超声冲击处理。它包括以下步骤：
第一步：冲击头的选择：根据铝合金支架壁厚为25mm且焊缝为角接结构，因此选择直径8mm的单排大型冲击头；
第二步：超声冲击处理工艺参数优化：根据铝合金箱体壁厚为25mm优化冲击处理工艺，冲击速度0.8mm/min，宽度14mm、冲击角度80°～90°；
第三步：对铝合金箱体焊接结构进行冲击处理：采用优化的超声冲击工艺对铝合金箱体12条长焊缝进行处理；
第四步：效果评定：通过对经过超声冲击处理和未经过超声冲击处理的铝合金箱体焊接结构焊缝出进行焊接残余应力状态对比，残余应力平均降低78％。
Claims (1)
1.一种降低铝合金箱梁焊接结构残余应力的超声冲击处理工艺，其特征在于：该工艺具体步骤如下：
第一步：冲击头的选择：根据铝合金板厚选择冲击头型号，铝合金板厚为3mm～10mm，选择直径4mm小型冲击头，铝合金板厚为11mm～20mm，选择直径6mm中型冲击头，铝合金板厚为21mm～30mm，选择直径8mm大型冲击头；根据焊缝类型选择冲击头：角焊缝选单排冲击头；对接焊缝选双排冲击头；
第二步：超声冲击处理工艺参数优化：根据铝合金板厚优化冲击处理工艺，铝合金板厚或焊角高度为3mm～10mm，冲击速度1.2mm/min～1.4mm/min，铝合金板厚或焊角宽度为8～10mm，冲击次数为4次；铝合金板厚或焊角高度为11mm～20mm，冲击速度0.8mm/min～1.2mm/min，铝合金板厚或焊角宽度为大于10mm至小于或等于12mm，冲击次数6次；铝合金板厚或焊角高度为21mm～30mm冲击速度0.6mm/min～0.8mm/min，铝合金板厚或焊角宽度为大于12mm至小于或等于15mm，冲击次数7次；
第三步：对铝合金箱梁焊接结构进行冲击处理：采用优化的超声冲击工艺对铝合金箱梁焊接结构焊缝进行处理；
第四步：效果评定：通过对经过超声冲击处理和未经过超声冲击处理的铝合金箱梁焊接结构焊缝出进行焊接残余应力状态对比，验证超声冲击处理工艺降低焊接残余应力的效果。
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