CN103710519B - 一种应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法，它涉及一种感应加热局部热处理方法。本发明是要解决目前的金属局部焊接件焊缝的热处理方法存在加热慢、最高温度低、无法对焊缝组织调控和焊接残余应力高的技术问题。本发明的方法步骤如下：一、用感应加热的方式将金属焊接件焊缝快速升温并保温；二、用感应加热的方式将金属焊接件焊缝降温并保温。本发明主要应用于金属焊接件焊缝的热处理领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种感应加热局部热处理方法。
背景技术
随着现代航空航天技术的发展，各种大型、复杂的整体结构件的应用越来越广泛，如导弹舱体、飞机机载部件壳体、固体火箭发动机壳体等。由于大型构件一次成型较为困难，因此焊接成为形成大型构件必不可少的连接技术手段。作为目前工程结构上的最主要连接方法，焊接在材料热加工领域一直占有重要的地位。然而在焊接过程中，由于焊接加热产生不均匀温度场以及组织变化从而会引起焊接残余应力，焊接残余应力的存在对构件的性能会产生较大的影响，同时焊接残余应力易引起构件变形，因此焊接后必须进行相应的热处理以消除焊接残余应力，改善焊接接头的组织和力学性能。因整体热处理存在易变形及局部组织难以调控的弊端，对于大型复杂构件还存在热处理时间长及费用高等问题。因此寻求经济可靠、简单易行的局部热处理方法是解决整体热处理弊端的有效途径。
目前常用的消除焊接残余应力的局部热处理方法来有履带式电加热垫局部热处理和电子束局部热处理。尽管加热垫方法设计简单，实际操作方便易行，但不能快速加热，且最高温度较低，因此不能有效地调控局部组织；电子束局部热处理可显著降低焊缝的残余应力，但仍存在热处理后零件整体变形较大，热处理过程中的约束条件难以实现等问题。感应加热与火焰加热是十分成熟的热处理技术，但是目前没有应用于焊接件焊缝中。
综上所述，目前的金属局部焊接件焊缝的热处理方法存在加热慢、最高温度低、无法对焊缝组织调控和焊接残余应力高的问题。
发明内容
本发明是要解决目前的金属局部焊接件焊缝的热处理方法存在加热慢、最高温度低、无法对焊缝组织调控和焊接残余应力高的问题，从而提供一种应用于金属焊接件焊缝的感应加热局部热处理方法。
本发明的一种应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法是按以下步骤进行的：
一、对金属焊接件的焊缝进行感应加热局部热处理，使金属焊接件的焊缝从室温以60℃/s～800℃/s的升温速度升温至温度为T1，并在温度为T1的条件下保温t1时间，得到焊缝温度为T1的金属焊接件；步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件、镁焊接件、钛焊接件或钢焊接件；当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T1为350℃～550℃，t1为0.5h～1.5h；当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T1为750℃～900℃，t1为0.5h～2h；
二、采用感应加热方法以5℃/min～15℃/min的降温速度将步骤一得到的焊缝温度为T1的金属焊接件的焊缝从温度为T1降至温度为T2，并在温度为T2的条件下保温t2时间，得到焊缝温度为T2的金属焊接件，最后采用感应加热方法以1℃/min～10℃/min的降温速度将焊缝温度为T2的金属焊接件的焊缝从温度为T2降至室温，即完成应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法；当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T2为150℃～300℃，t2为1h～4h；当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T2为400℃～650℃，t2为1h～4h。
本发明的原理：
本发明用感应加热的方式对焊缝进行局部快速加热，改善金属焊接件的局部组织及性能，通过控制局部加热工艺，在焊缝处获得等轴晶粒组织并大幅度降低焊缝残余应力；首先将焊缝区快速加热到T1温度，以抑制残余应力释放保证再结晶驱动力，在T1温度下保温过程中焊缝局部组织发生再结晶，随后快速冷却使焊缝组织呈等轴晶粒；在T2温度下保温并缓慢冷却以松弛及释放应力。
本发明的优点：
1、本发明通过焊缝周围特殊温度场的设计实现对焊缝区域局部快速加热，并可以通过控制热处理工艺实现梯度热处理，从而可以实现对焊缝组织及应力的综合调控，最终使得焊缝残余应力降低75%～80%，并实现焊缝组织等轴化。
2、本发明的热处理方式工艺简单快捷，成本较低，易实现工业化。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中一种应用于金属焊接件焊缝的感应加热局部热处理方法是按以下步骤进行的：
一、对金属焊接件的焊缝进行感应加热局部热处理，使金属焊接件的焊缝从室温以60℃/s～800℃/s的升温速度升温至温度为T1，并在温度为T1的条件下保温t1时间，得到焊缝温度为T1的金属焊接件；步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件、镁焊接件、钛焊接件或钢焊接件；当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T1为350℃～550℃，t1为0.5h～1.5h；当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T1为750℃～900℃，t1为0.5h～2h；
二、采用感应加热方法以5℃/min～15℃/min的降温速度将步骤一得到的焊缝温度为T1的金属焊接件的焊缝从温度为T1降至温度为T2，并在温度为T2的条件下保温t2时间，得到焊缝温度为T2的金属焊接件，最后采用感应加热方法以1℃/min～10℃/min的降温速度将焊缝温度为T2的金属焊接件的焊缝从温度为T2降至室温，即完成应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法；当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T2为150℃～300℃，t2为1h～4h；当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T2为400℃～650℃，t2为1h～4h。
本实施方式的优点：
1、本发明通过焊缝周围特殊温度场的设计实现对焊缝区域局部快速加热，并可以通过控制热处理工艺实现梯度热处理，从而可以实现对焊缝组织及应力的综合调控，最终使得焊缝残余应力降低75%～80%，并实现焊缝组织等轴化。
2、本发明的热处理方式工艺简单快捷，成本较低，易实现工业化。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述的对金属焊接件的焊缝进行感应加热局部热处理，使金属焊接件的焊缝从室温以300℃/s～600℃/s的升温速度升温至温度为T1，并在温度为T1的条件下保温t1时间，得到焊缝温度为T1的金属焊接件。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T1为400℃～500℃，t1为0.5h～1.5h。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T1为800℃～850℃，t1为0.5h～2h。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T2为200℃～250℃，t2为1h～4h。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T2为500℃～600℃，t2为1h～4h。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一和步骤二中的感应加热的频率为10kHz～30kHz。其它与具体实施方式一至六之一相同。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：本试验的一种应用于金属焊接件焊缝的感应加热局部热处理方法是按以下步骤进行的：
一、对铝焊接件的焊缝进行感应加热局部热处理，使铝焊接件的焊缝从室温以400℃/s的升温速度升温至温度为450℃，并在温度为450℃的条件下保温1h，得到焊缝温度为450℃的铝焊接件；
二、采用感应加热方法以10℃/min的降温速度将步骤一得到的焊缝温度为450℃的铝焊接件的焊缝从温度为450℃降至温度为250℃，并在温度为250℃的条件下保温2h，得到焊缝温度为250℃的铝焊接件，最后采用感应加热方法以5℃/min的降温速度将焊缝温度为250℃的铝焊接件的焊缝从温度为250℃降至室温，即完成应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法；
本试验可以使铝焊接件的焊缝残余应力降低至100MPa。
Claims (6)
1.一种应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法，其特征在于应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法是按以下步骤进行的：
一、对金属焊接件的焊缝进行感应加热局部热处理，使金属焊接件的焊缝从室温以60℃/s～800℃/s的升温速度升温至温度为T1，并在温度为T1的条件下保温t1时间，得到焊缝温度为T1的金属焊接件；步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件、镁焊接件、钛焊接件或钢焊接件；当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T1为350℃～550℃，t1为0.5h～1.5h；当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T1为750℃～900℃，t1为0.5h～2h；
二、采用感应加热方法以5℃/min～15℃/min的降温速度将步骤一得到的焊缝温度为T1的金属焊接件的焊缝从温度为T1降至温度为T2，并在温度为T2的条件下保温t2时间，得到焊缝温度为T2的金属焊接件，最后采用感应加热方法以1℃/min～10℃/min的降温速度将焊缝温度为T2的金属焊接件的焊缝从温度为T2降至室温，即完成应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法；当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T2为150℃～300℃，t2为1h～4h；当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T2为400℃～650℃，t2为1h～4h；
步骤一和步骤二中的感应加热的频率为10kHz～30kHz。
2.根据权利要求1所述的一种应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法，其特征在于步骤一所述的对金属焊接件的焊缝进行感应加热局部热处理，使金属焊接件的焊缝从室温以300℃/s～600℃/s的升温速度升温至温度为T1，并在温度为T1的条件下保温t1时间，得到焊缝温度为T1的金属焊接件。
3.根据权利要求1所述的一种应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法，其特征在于当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T1为400℃～500℃，t1为0.5h～1.5h。
4.根据权利要求1所述的一种应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法，其特征在于当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T1为800℃～850℃，t1为0.5h～2h。
5.根据权利要求1所述的一种应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法，其特征在于当步骤一所述的金属焊接件为铝焊接件或镁焊接件时，T2为200℃～250℃，t2为1h～4h。
6.根据权利要求1所述的一种应用于金属焊接件的焊缝的感应加热局部热处理方法，其特征在于当步骤一所述的金属焊接件为钢焊接件或钛焊接件时，T2为500℃～600℃，t2为1h～4h。
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