CN107447080A - 一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法 - Google Patents

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Abstract

一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，涉及一种铝合金焊缝局部应力松弛方法。是要解决现有铝合金焊缝消除残余应力的方法处理温度较高，处理时间长的问题。方法：一、感应加热设备参数：感应加热设备的感应线圈由导磁体和紫铜线圈加工而成，通过耐高温绝缘胶粘黏成型，用玻璃纤维带缠绕在感应线圈外表面，用绝缘漆粘结，填充缝隙，最后烘干；二、使用感应加热设备对铝合金焊缝进行焊缝局部应力松弛。本方法可用于局部感应加热处理，能有效针对焊缝区进行应力松弛，最终使得焊缝区应力峰值降低50％以上。能够有效的针对应力集中的焊缝区进行残余应力松弛。本发明用于焊缝局部应力松弛。

Description

一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金焊缝局部应力松弛方法。
背景技术
由于铝合金在焊接过程中存在不均匀分布的温度场以及焊缝周围各个区域的热胀冷缩不均匀等因素，必然会导致焊后残余应力的产生。残余应力是一种弹性应力，它与材料的力学性能、抗应力腐蚀性能及尺寸稳定性密切相关。因此，研究如何松弛铝合金焊接接头的残余应力具有十分重要的工程意义。消除残余应力的常见方法主要有振动时效、超声冲击、温差变形及热处理等等。常规的整体热处理方法和力学形变法对于大型焊接件均不适合采用。例如，温差形变法可通过局部加热，利用热源在局部范围产生的应力松弛效应，在加热区域产生协同形变，降低其残余应力场，同时也可以减小高温对远离焊缝区域的影响，提高焊接件的整体力学性能和使用性能，其局限性在于难于进行精确有效的局部热处理；整体热处理去应力时，工件往往会产生整体变形，影响其使用性能。
另外，由于铝合金经过时效处理以保证其力学性能，因此要求铝合金焊缝去应力时焊缝不应发生时效(铝合金焊缝时效温度为175℃)，以免过时效的产生，导致性能下降。现有的消除残余应力的方法，处理温度较高，达到350℃以上，会发生过时效，影响材料性能；而且处理时间较长，达到数小时，不适于工业化的需求。
发明内容
本发明是要解决现有铝合金焊缝消除残余应力的方法处理温度较高，处理时间长的问题，提供一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法。
本发明快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，包括以下步骤：
一、感应加热设备参数：
感应加热设备的感应线圈由导磁体和紫铜线圈加工而成，通过耐高温绝缘胶粘黏成型，所述紫铜线圈的截面面积为0.25～5cm2，感应线圈的匝数为3～5匝，匝距为2～4mm，用玻璃纤维带缠绕在感应线圈外表面，用绝缘漆粘结，填充缝隙，最后烘干，以保证绝缘效果；感应加热电源的频率为15～25kHz；
二、使用感应加热设备对铝合金焊缝进行焊缝局部应力松弛：
采用移动式感应加热装置，其加热过程是通过感应线圈和被加热工件之间的相对位移来实现的。将铝合金焊板固定在导轨上，使其焊缝中心正对感应线圈，并在导轨滑块带动下做切割磁感线运动。
感应器与加热工件之间距离为1～5mm，使感应线圈以5～15mm/s的扫描速率经过焊缝，得到焊缝中心的瞬时最高温度为90～200℃，然后焊件在空气中自然冷却降温。重复以上工艺，可对焊缝区进行多次应力松弛。
步骤二中感应线圈扫描经过焊缝的次数为1～10次
经过本发明方法对铝合金焊接件焊缝扫描一次，可以使铝合金焊接件的焊缝残余应力峰值降低50％以上。
本发明原理：
本发明采用一种动态的感应加热处理方式对铝合金焊缝进应力松弛，通过控制感应加热工艺参数能够有效针对焊缝进行的应力松弛。铝合金焊缝区应力松弛的原则应该是在较低的温度下完成，温度较高时可能会发生再结晶，影响材料性能。温度过低，应力松弛效果较差。因此，合适的热处理温度成为了去应力的关键因素之一。
本方法采用紫铜作为线圈材料，紫铜电阻率低，导电性能优良，易冷却及加工成形性好。感应线圈匝数过多将导致感应器自身电阻增加，感应加热时消耗过多功率，本发明将感应器匝数设计为3～5匝，可保证感应加热效率最高。导磁体材料采用锰锌铁氧体导磁体，根据感应加热电源频率的不同，一般分为中频导磁体和高频导磁体两大类：中频导磁体一般适用于1～10KHz，通常使用硅钢片叠片或者纯铁片叠片。高频导磁体以铁氧体效能最好，通常用极细粉末通过粉末冶金的方法烧结加工制作。铁氧体导磁体具有磁滞回线窄，磁滞损耗低，涡流损失小等优点。
本发明中焊缝区加热温度低，速度快，可保证在松弛应力的同时焊缝区不发生再结晶，从而保证焊件的力学性能。
本发明的有益效果：
1、本方法可用于局部感应加热处理，能有效针对焊缝区进行应力松弛，最终使得焊缝区应力峰值降低50％以上。能够有效的针对应力集中的焊缝区进行残余应力松弛。
2、本方法感应加热应力松弛过程速度快，温度低，应力松弛后板材无变形。在焊缝长度为300mm的情况下，按照5～15mm/s的扫描速度，应力松弛过程用时为20～60s。
3、本方法感应加热处理过程中没有污染，是一种绿色环保热处理工艺；易于控制，易于实现机械化和自动化，提高生产效率，适于工业化生产的需求。
4、本方法可以实现宽尺寸范围焊接件的局部热处理，可有效针对焊缝区域进行去应力退火，防止工件整体变形。
本发明主要用于铝合金焊接件局部残余应力松弛。
附图说明
图1为实施例1和实施例2进行焊缝局部应力松弛后残余应力的去除效果；
图2为实施例3和实施例4进行焊缝局部应力松弛后残余应力的去除效果。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，包括以下步骤：
一、感应加热设备参数：
感应加热设备的感应线圈由导磁体和紫铜线圈加工而成，通过耐高温绝缘胶粘黏成型，所述紫铜线圈的截面面积为0.25～5cm2，感应线圈的匝数为3～5匝，匝距为2～4mm，用玻璃纤维带缠绕在感应线圈外表面，用绝缘漆粘结，填充缝隙，最后烘干；感应加热电源的频率为15～25kHz；
二、使用感应加热设备对铝合金焊缝进行焊缝局部应力松弛：
采用移动式感应加热装置，将铝合金焊板固定在导轨上，使其焊缝中心正对感应线圈，并在导轨滑块带动下做切割磁感线运动；
感应器与加热工件之间距离为1～5mm，使感应线圈以5～15mm/s的扫描速率经过焊缝，得到焊缝中心的瞬时最高温度为90～200℃，然后焊件在空气中自然冷却降温。
本实施方式的优点：一、本发明采用一种低温、快速的动态感应加热处理方式对铝合金焊缝进应力松弛，对铝合金焊缝局部热处理，感应加热处理后焊缝残余应力峰值有明显下降，可实现焊缝区残余应力有效松弛。二、感应加热应力松弛过程速度快，温度低，易于控制，易于实现机械化和自动化，提高生产效率；三、感应加热处理过程中没有污染，是一种绿色环保热处理工艺。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述紫铜线圈的截面面积为0.5～4cm2。其它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不同的是：步骤一中所述紫铜线圈的截面面积为1～3cm2。其它与具体实施方式一相同。
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：步骤一中感应加热电源的频率为20kHz。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：步骤二中所述移动式感应加热装置的加热过程是通过感应线圈和被加热工件之间的相对位移来实现的。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：步骤二中感应器与加热工件之间距离为2～4mm。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：步骤二中感应线圈以10mm/s的扫描速率经过焊缝。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中焊缝中心的瞬时最高温度为100～190℃。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中焊缝中心的瞬时最高温度为120～170℃。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中焊缝中心的瞬时最高温度为150℃。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤二中感应线圈扫描经过焊缝的次数为1～10次。其它与具体实施方式一至十之一相同。
下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例快速、低温铝合金焊缝局部应力松弛的方法是按以下步骤进行的：
一、感应加热设备参数：
感应加热设备的感应线圈由导磁体和紫铜线圈加工而成，通过耐高温绝缘胶粘黏成型，所述紫铜线圈的截面面积为0.5cm2，感应线圈的匝数为3匝，匝距为3mm，用玻璃纤维带缠绕在感应线圈外表面，用绝缘漆粘结，填充缝隙，最后烘干，以保证绝缘效果；感应加热电源的频率为20kHz；
二、使用感应加热设备对铝合金焊缝进行焊缝局部应力松弛：
采用移动式感应加热装置，其加热过程是通过感应线圈和被加热工件之间的相对位移来实现的。将铝合金焊板固定在导轨上，使其焊缝中心正对感应线圈，并在导轨滑块带动下做切割磁感线运动。
感应器与加热工件之间距离为3mm，使感应线圈以5mm/s的扫描速率经过焊缝，得到焊缝中心的瞬时最高温度为190℃，然后焊件在空气中自然冷却降温。局部热处理次数为一次。所述焊缝为钨极氩弧焊焊缝。
经过本方法进行焊缝局部应力松弛后残余应力的去除效果如图1所示。去应力前残余应力为133.32MPa，去应力后残余应力为49.6MPa。本试验可以使铝合金焊接件的焊缝残余应力峰值降低62.8％。
实施例2：
本实施例快速、低温铝合金焊缝局部应力松弛的方法是按以下步骤进行的：
一、感应加热设备参数：
感应加热设备的感应线圈由导磁体和紫铜线圈加工而成，通过耐高温绝缘胶粘黏成型，所述紫铜线圈的截面面积为0.5cm2，感应线圈的匝数为3匝，匝距为3mm，用玻璃纤维带缠绕在感应线圈外表面，用绝缘漆粘结，填充缝隙，最后烘干，以保证绝缘效果；感应加热电源的频率为20kHz；
二、使用感应加热设备对铝合金焊缝进行焊缝局部应力松弛：
采用移动式感应加热装置，其加热过程是通过感应线圈和被加热工件之间的相对位移来实现的。将铝合金焊板固定在导轨上，使其焊缝中心正对感应线圈，并在导轨滑块带动下做切割磁感线运动。
感应器与加热工件之间距离为3mm，使感应线圈以8mm/s的扫描速率经过焊缝，得到焊缝中心的瞬时最高温度为140℃，然后焊件在空气中自然冷却降温。局部热处理次数为一次。所述焊缝为钨极氩弧焊焊缝。
经过本方法进行焊缝局部应力松弛后残余应力的去除效果如图1所示。去应力前残余应力为117.11MPa，去应力后残余应力为52.2MPa。本试验可以使铝合金焊接件的焊缝残余应力峰值降低55.4％。
实施例3：
本实施例快速、低温铝合金焊缝局部应力松弛的方法是按以下步骤进行的：
一、感应加热设备参数：
感应加热设备的感应线圈由导磁体和紫铜线圈加工而成，通过耐高温绝缘胶粘黏成型，所述紫铜线圈的截面面积为0.5cm2，感应线圈的匝数为3匝，匝距为3mm，用玻璃纤维带缠绕在感应线圈外表面，用绝缘漆粘结，填充缝隙，最后烘干，以保证绝缘效果；感应加热电源的频率为20kHz；
二、使用感应加热设备对铝合金焊缝进行焊缝局部应力松弛：
采用移动式感应加热装置，其加热过程是通过感应线圈和被加热工件之间的相对位移来实现的。将铝合金焊板固定在导轨上，使其焊缝中心正对感应线圈，并在导轨滑块带动下做切割磁感线运动。
感应器与加热工件之间距离为3mm，使感应线圈以5mm/s的扫描速率经过焊缝，得到焊缝中心的瞬时最高温度为190℃，然后焊件在空气中自然冷却降温。局部热处理次数为一次。所述焊缝为搅拌摩擦焊焊缝。
经过本方法进行焊缝局部应力松弛后残余应力的去除效果如图2所示。去应力前残余应力为132.23MPa，去应力后残余应力为64.15MPa。本试验可以使铝合金焊接件的焊缝残余应力峰值降低51.5％。

Claims (10)

1.一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
一、感应加热设备参数：
感应加热设备的感应线圈由导磁体和紫铜线圈加工而成，通过耐高温绝缘胶粘黏成型，所述紫铜线圈的截面面积为0.25～5cm2，感应线圈的匝数为3～5匝，匝距为2～4mm，用玻璃纤维带缠绕在感应线圈外表面，用绝缘漆粘结，填充缝隙，最后烘干；感应加热电源的频率为15～25kHz；
二、使用感应加热设备对铝合金焊缝进行焊缝局部应力松弛：
采用移动式感应加热装置，将铝合金焊板固定在导轨上，使其焊缝中心正对感应线圈，并在导轨滑块带动下做切割磁感线运动；
感应器与加热工件之间距离为1～5mm，使感应线圈以5～15mm/s的扫描速率经过焊缝，得到焊缝中心的瞬时最高温度为90～200℃，然后焊件在空气中自然冷却降温。
2.根据权利要求1所述的一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于步骤一中所述紫铜线圈的截面面积为0.5～4cm2。
3.根据权利要求1所述的一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于步骤一中所述紫铜线圈的截面面积为1～3cm2。
4.根据权利要求1所述的一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于步骤一中感应加热电源的频率为20kHz。
5.根据权利要求1所述的一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于步骤二中感应器与加热工件之间距离为2～4mm。
6.根据权利要求1所述的一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于步骤二中感应线圈以10mm/s的扫描速率经过焊缝。
7.根据权利要求1所述的一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于步骤二中焊缝中心的瞬时最高温度为100～190℃。
8.根据权利要求1所述的一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于步骤二中焊缝中心的瞬时最高温度为120～170℃。
9.根据权利要求1所述的一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于步骤二中焊缝中心的瞬时最高温度为150℃。
10.根据权利要求1所述的一种快速、低温的铝合金焊缝局部应力松弛方法，其特征在于步骤二中感应线圈扫描经过焊缝的次数为1～10次。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171208

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