CN103866111A - 焊接残余应力消除方法 - Google Patents

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张福林
郭文辉
孔亮
李日勇
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Abstract

本发明公开了一种焊接残余应力消除方法，其包括以下步骤：步骤1、检测工件原态残余应力；步骤2、对工件进行振动时效处理；步骤3、对工件进行超声波时效处理；步骤4、对工件进行残余应力检测；步骤5、对测量孔补焊和进行无损检测；步骤6、对工件的表面及几何参数进行检测。通过本发明的运用，可以在消除和均匀整体残余应力的同时，又强化工件重要部位。

Description

焊接残余应力消除方法
技术领域
本发明涉及一种焊接残余应力消除方法。
背景技术
塔架是风力机的重要部件，它要承受风轮和机舱近百吨的重量，并且还承受大风对风力机的正压力和倾覆力矩。为了保证风力机安全可靠的运行，塔架的质量必须得到保障，而塔架焊缝质量和残余应力的消除将是影响塔架质量的至关因素。从目前的风力机发展趋势来看，运用于海上风场的大功率风力机塔架壁厚达60mm之多，甚至更厚。由于焊接时高度集中的瞬时热输入造成焊件局部温度分布不均匀，导致焊缝微观组织及焊接结构发生较大的变化，从而造成焊件焊后将产生相当大的焊接残余应力。一般而言，在焊接一定厚度范围内的钢板时，焊接厚度越厚，焊后残余应力值就越大。而残余应力将会影响到焊件的抗腐蚀、抗开裂、抗疲劳等机械性能以及焊接结构和尺寸,从而直接制约着塔架钢结构的质量和安全服役情况。
如何消除焊接后的残余应力，目前常用的有四种方法：自然时效、热时效、振动时效和超声波时效。
自然时效是最古老的时效方法，其周期长、占地大，因局限性很大不合适现代市场经济的需求。
热时效是一种高温回火热处理的过程，但从实际情况从发，热时效不适合用于消除大型风力机塔架的焊后残余应力。因为塔架体积庞大无法整体放入炉中进行热时效处理，并且热时效处理将会对已机加工成型的主连接法兰面和其他结构造成损伤和变形的影响。
振动时效的原理是给需时效处理的工件施加一个与工件固有频率相一致的周期性激振力，使其产生共振，让工件获得一定的振动能源，使工件内部产生微观的塑形变形，然后使造成残余应力的金属歪曲晶格渐渐地恢复平衡状态，从而达到工件内部的残余应力得以消除和均化。而周期性的激振力是来自具有偏心重块的电机部件。通过控制它调节其转速，使构件处于共振状态，根据产品的重量和振动源的能量，一般工艺规定需经过30分钟左右的振动处理即可达到消除和均化残余应力的目地。最终防止工件在使用过程中变形和开裂，保证工件尺寸精度的稳定性。
超声波时效处理的原理是利用大功率超声波推动冲击工具以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面。由于超声波的高频、高效和聚焦下的大能量，使金属表层产生较大的压缩塑性变形，同时超声波改变了原有的应力场，产生了一定数值的压应力，从而提高工件的承受能力。
由于振动时效不能对焊接处进行强化。而超声波时效只适用于局部，对于塔架等大工件无能为力，单一的时效处理显然不能在消除均匀整体残余应力的同时，又强化工件重要部位。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术无法既要在消除和均匀整体残余应力的同时，又要对工件重要部位进行强化，并保证完工的工件不产生变形的缺陷，提供一种焊接残余应力消除方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种焊接残余应力消除方法，其特点在于，其包括以下步骤：
步骤1、检测工件原态残余应力；
步骤2、对工件进行振动时效处理；
步骤3、对工件进行超声波时效处理；
步骤4、对工件进行残余应力检测；
步骤5、对测量孔补焊和进行无损检测；
步骤6、对工件的表面及几何参数进行检测。
较佳地，步骤1分为以下步骤：
步骤1A、选取若干测量点，并清理测量点所处位置；
步骤1B、在测量点贴应变片；
步骤1C、将应变片连接到残余应力检测仪；
步骤1D、在应变片打孔点打孔；
步骤1E、得出检测结果。
较佳地，步骤2分为以下步骤：
步骤2A、根据工件重量选择振动源；
步骤2B、将振动仪的激振器和传感器安装在工件两端；
步骤2C、连接各导线；
步骤2D、根据工件重量选择振动时间，并对工件进行振动时效处理；
步骤2E、得出振动时效数据。
较佳地，步骤2和步骤3之间包括一步骤S：对工件进行残余应力检测，通过这样，能够掌握残余应力状态，以便进行超声波时效处理。
较佳地，步骤3分为以下步骤：
步骤3A、选择超声波振动仪，根据工件厚度选择输出电流；
步骤3B、对工件进行超声波时效处理。
较佳地，所述焊接残余应力消除方法应用于风力机塔架。
本发明的积极进步效果在于：通过本发明的运用，可以在消除和均匀整体残余应力的同时，又强化工件重要部位。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的测量点与激振器安装示意图。
图2为本发明较佳实施例的振动电机安装示意图。
图3为图2的D部沿箭头方向局部投射图。
图4为图2的D部放大图。
图5为本发明较佳实施例的时效枪的工作示意图。
具体实施方式
下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
本实施例中，如图1至图5所示，1为传感器，2为激振器，3为测量点，4为焊缝，5为振动源，6为U形夹钳，7为L形连接板，8为塔筒法兰，9为时效枪。方法步骤具体如下：
步骤1、检测工件原态残余应力，包括：
步骤1A、选取若干测量点3，并清理测量点3所处位置。
选取若干的测量点3，测量点3位置一般选在薄弱部位，对所选点的位置进行抛光打磨使之表面光滑，使用无水酒精或丙酮清洗测点附近及应变粘贴面，去除油污及灰尘。
步骤1B、在测量点3贴应变片。
在测量位置薄薄地涂一层快速粘合胶水，并按照选定的粘贴方向将应变片放置在涂有胶水的位置，迅速使用聚乙烯薄膜覆盖应变片并按压，挤出气泡，保证应变片粘贴牢固后，将应变片引线剥离，并在引线引出的两个方向粘贴胶带以作绝缘。
步骤1C、将应变片连接到残余应力检测仪。
按残余应力检测仪操作要求连接各连线。将测量线与应变片的引线按照对应的角度连接，然后按仪器的使用说明开机预热2-5分钟，再清零。
步骤1D、在应变片打孔点打孔。
在应变片的打孔点进行打孔。要求孔径为Φ1.2mm,深1.2～1.5mm或Φ1.5mm，深1.5～2mm。
步骤1E、得出检测结果。
等待3～5分钟数据稳定后，打印检测结果并做好标记。
步骤2、对工件进行振动时效处理，包括：
步骤2A、根据工件重量选择振动源。
根据工件的重量，选择足够振动能量的振动源。
步骤2B、将振动仪的激振器2和传感器1安装在工件两端。
将振动仪的激振器2及传感器1分别安装在塔筒的两端方便固定的部位。
步骤2C、连接各导线。
根据仪器操作说明书连接各条导线。
步骤2D、根据工件重量选择振动时间，并对工件进行振动时效处理。
根据工件重量设定时效时间，对工件进行振动时效，一般时效时间不少于30分钟，根据工件的振动激烈程度可适当延长3-5分钟。
步骤2E、得出振动时效数据。
时效完成后打印时效数据。
步骤2F、对工件进行残余应力检测。
在靠近原测试点位置按序号1的方法检测残余应力，打印检测结果并做好标记。
步骤3、对工件进行超声波时效处理，包括：
步骤3A、选择超声波振动仪，根据工件厚度选择输出电流。
选择手持式超声波振动仪，按仪器操作说明连接超声波时效仪各连线，开机，并根据钢板厚度情况调整输出电流至合适值。
步骤3B、对工件进行超声波时效处理。
手持时效枪9，将冲击头对准应力集中部位需要强化处理的焊缝焊趾及热影响区位置做往复冲击处理，操作速度控制在400～500mm/分左右，保证强化效果。
步骤4、对工件进行残余应力检测。
在靠近原态及振后测量点位置检测残余应力，打印检查结果并做好标记。
步骤5、对测量孔补焊和进行无损检测
残余应力测试合格后，对盲孔（测量孔）按焊接工艺要求进行补焊和无损检测。
步骤6、对工件的表面及几何参数进行检测。
对消除残余应力处理后的表面及法兰平面度、法兰圆度等关键技术指标进行检测，要求满足设计图纸要求。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种焊接残余应力消除方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1、检测工件原态残余应力；
步骤2、对工件进行振动时效处理；
步骤3、对工件进行超声波时效处理；
步骤4、对工件进行残余应力检测；
步骤5、对测量孔补焊和进行无损检测；
步骤6、对工件的表面及几何参数进行检测。
2.如权利要求1所述的焊接残余应力消除方法，其特征在于，步骤1分为以下步骤：
步骤1A、选取若干测量点，并清理测量点所处位置；
步骤1B、在测量点贴应变片；
步骤1C、将应变片连接到残余应力检测仪；
步骤1D、在应变片打孔点打孔；
步骤1E、得出检测结果。
3.如权利要求1所述的焊接残余应力消除方法，其特征在于，步骤2分为以下步骤：
步骤2A、根据工件重量选择振动源；
步骤2B、将振动仪的激振器和传感器安装在工件两端；
步骤2C、连接各导线；
步骤2D、根据工件重量选择振动时间，并对工件进行振动时效处理；
步骤2E、得出振动时效数据。
4.如权利要求1所述的焊接残余应力消除方法，其特征在于，步骤2和步骤3之间包括一步骤S：对工件进行残余应力检测。
5.如权利要求1所述的焊接残余应力消除方法，其特征在于，步骤3分为以下步骤：
步骤3A、选择超声波振动仪，根据工件厚度选择输出电流；
步骤3B、对工件进行超声波时效处理。
6.如权利要求1-5任意一项所述的焊接残余应力消除方法，其特征在于，所述焊接残余应力消除方法应用于风力机塔架。
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