CN112813234A - 一种大型焊接结构件消除应力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型焊接结构件消除应力的方法，大型焊接结构件包括焊接固定的第一板件和第二板件，以及与所述第一板件或者所述第二板件焊接固定的第三板件，所述第一板件和所述第二板件的厚度均大于所述第三板件，其包括以下步骤：对所述第一板件与所述第二板件之间的第一焊缝进行局部退火处理；对所述第一板件或者所述第二板件与所述第三板件之间的第二焊缝进行焊后消氢处理；对所述大型焊接结构件整体进行振动时效处理。本发明涉及的一种大型焊接结构件消除应力的方法，将大型焊接结构件的焊接应力在制造的全周期内分阶段消除，从而使大型焊接结构件能够顺利加工制造，且制造完成之后不影响其使用性能。

Description

一种大型焊接结构件消除应力的方法

技术领域

本发明涉及大型结构件焊接参与应力消除领域，特别涉及一种大型焊接结构件消除应力的方法。

背景技术

目前，焊接是一种运用加热或加压手段、添加或不添加填充材料将构件不可拆卸的连接在一起或在基材表面堆敷覆盖层的加工工艺，它是现代生产中一种不可缺少的加工工艺。

相关技术中，人字闸门边单元由推力隔板部件、边隔板部件、端腹板、前翼缘、后翼缘组合焊接而成，由于边单元外形尺寸大，板材厚，焊缝多，焊接应力较集中，在焊后不可避免产生残余应力，焊接残余应力的存在将会严重影响焊件的加工制造及其焊接结构的使用性能。

因此，有必要设计一种大型焊接结构件消除应力的方法，以克服上述问题。

发明内容

本发明实施例提供一种大型焊接结构件消除应力的方法，以解决相关技术中边单元外形尺寸大，板材厚，焊缝多，焊接应力较集中，在焊后不可避免产生残余应力，焊接残余应力的存在会严重影响焊件的加工制造及其焊接结构的使用性能的问题。

第一方面，提供了一种大型焊接结构件消除应力的方法，大型焊接结构件包括焊接固定的第一板件和第二板件，以及与所述第一板件或者所述第二板件焊接固定的第三板件，所述第一板件和所述第二板件的厚度均大于所述第三板件，其包括以下步骤：对所述第一板件与所述第二板件之间的第一焊缝进行局部退火处理；对所述第一板件或者所述第二板件与所述第三板件之间的第二焊缝进行焊后消氢处理；对所述大型焊接结构件整体进行振动时效处理。

一些实施例中，所述对所述第一板件与所述第二板件之间的第一焊缝进行局部退火处理，包括：将所述第一板件与所述第二板件放入炉内加热，使炉温升温至热处理温度；根据所述第一板件与所述第二板件的板厚进行保温；在炉温温度大于300℃的条件下进行冷却，炉温降至300℃以下后，将所述第一板件与所述第二板件取出炉冷却。

一些实施例中，所述第一板件与所述第二板件的加热速度大于或者等于50℃/h，小于或者等于55℃/h。

一些实施例中，在加热期间，所述第一板件或者所述第二板件的任意部位在预设距离范围内，温差小于或者等于120℃。

一些实施例中，所述第一板件与所述第二板件在炉内进行冷却时，冷却速度小于或者等于65℃/h。

一些实施例中，所述对所述第一板件或者所述第二板件与所述第三板件之间的第二焊缝进行焊后消氢处理，包括：对所述第一板件或者所述第二板件与所述第三板件之间的第二焊缝加热至200℃～300℃，然后进行保温；达到保温时间后，缓冷至常温。

一些实施例中，所述第二焊缝的保温时间取焊件接头部位的最大板厚并按照每25mm的板厚保温时间大于或者等于0.5h，且总保温时间大于或者等于1h来确定。

一些实施例中，采用保温棉覆盖所述第二焊缝的方式进行保温。

一些实施例中，所述对所述大型焊接结构件整体进行振动时效处理，包括：在所述大型焊接结构件底部放置弹性支撑，使所述大型焊接结构件放置平稳；对所述大型焊接结构件施加一个与其固有谐振频率接近的周期激振力进行亚共振。

一些实施例中，在对所述大型焊接结构件整体进行振动时效处理之后，采用磁应变法对所述第一焊缝和所述第二焊缝的残余应力进行测试。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种大型焊接结构件消除应力的方法，由于对第一板件与第二板件进行了退火处理，可以消除第一焊缝附近的应力，对第三板件与第一板件或者第二板件之间的第二焊缝进行了焊后消氢处理，可以使第二焊缝处的氢扩散，防止裂纹的产生，且最后对大型焊接结构件整体进行了振动时效处理，使整个大型焊接结构件的残余应力得以降低和匀化，将大型焊接结构件的焊接应力在制造的全周期内分阶段消除，从而使大型焊接结构件能够顺利加工制造，且制造完成之后不影响其使用性能；同时，将厚度较厚且焊接量较大的第一板件与第二板件放入炉中进行退火处理，对第二焊缝进行消氢处理，不需要将整个大型焊接结构件全部放入炉中，避免了整体运输大型焊接结构件，加热时也不需提供较大量的热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种大型焊接结构件消除应力的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种大型焊接结构件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种大型焊接结构件的部分结构示意图。

图中：

1、大型焊接结构件；

11、第一板件，推力隔板部件；

12、第二板件，端板；

13、第三板件；131、端腹板；132、边隔板部件；133、前翼缘；134、后翼缘。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种大型焊接结构件消除应力的方法，其能解决相关技术中边单元外形尺寸大，板材厚，焊缝多，焊接应力较集中，在焊后不可避免产生残余应力，焊接残余应力的存在会严重影响焊件的加工制造及其焊接结构的使用性能的问题。

参见图1和图2所示，为本发明实施例提供的一种大型焊接结构件消除应力的方法，其中大型焊接结构件1可以包括焊接固定的第一板件11和第二板件12，以及与第一板件11或者第二板件12焊接固定的第三板件13，其中第一板件11和第二板件12的厚度均大于第三板件13，使得第一板件11与第二板件12之间的焊接填充量大，本实施例中，大型焊接结构件1为人字闸门边单元，其包括推力隔板部件11、端板12、边隔板部件132、端腹板131、前翼缘133、后翼缘134，各个部件之间通过焊接固定，且多为熔透探伤焊缝，人字闸门边单元外形尺寸大，板材厚，焊缝多，焊接应力集中，焊后消除应力为关键的一道工序，其中推力隔板部件11为第一板件11，板厚50～60mm，端板12为第二板件12，板厚80～100mm，第三板件13可以为端腹板131、边隔板部件132、前翼缘133或者后翼缘134，端腹板131板厚40～50mm；所述大型焊接结构件消除应力的方法可以包括以下步骤：

S101：对第一板件11与第二板件12之间的第一焊缝进行局部退火处理。

参见图3所示，进一步，于步骤S101之前，可以先将推力隔板部件11与端板12焊接固定，且采用磁应变法对第一焊缝的残余应力进行测试，每条焊缝的残余应力测试点不得少于三个(焊缝中间和焊缝根部)。

在一些实施例中，于步骤S101中，所述对第一板件11与第二板件12之间的第一焊缝进行局部退火处理，可以包括：将第一板件11与第二板件12放入炉内加热，使炉温升温至热处理温度；根据第一板件11与第二板件12的板厚进行保温，具体的，选取第一板件11与第二板件12两者中板厚最大的，当最大板厚δ_max≤50mm时，保温时间取t＝0.04δ_max，当最大板厚δ_max＞50mm时，保温时间取t＝2+0.01(δ_max-50)，保温时间t的单位为h；在炉温温度大于300℃的条件下进行冷却，炉温降至300℃以下后，将第一板件11与第二板件12取出炉冷却；本实施例中，将推力隔板部件11与端板12放入炉内加热，先将炉温升温至350℃～400℃，保温60min，然后将炉温升温至580±10℃，保温2.4h，然后在炉中对推力隔板部件11与端板12进行冷却，待炉温降至300℃以下后，将推力隔板部件11与端板12取出炉冷却。

进一步，于步骤S101中，第一板件11与第二板件12的加热速度大于或者等于50℃/h，小于或者等于55℃/h，避免加热速度过大或者过小，不利于焊接应力的消除。

进一步，于步骤S101中，在加热期间，第一板件11或者第二板件12的任意部位在预设距离范围内，温差小于或者等于120℃，本实施例中，推力隔板部件11与端板12的各个部位，在任何一段5m的距离内温差都小于或者等于120℃，避免局部温差过大而导致新的应力产生。

进一步，于步骤S101中，第一板件11与第二板件12在炉内进行冷却时，冷却速度小于或者等于65℃/h避免冷却速度过大，不利于焊接应力的消除。

S102：对第一板件11或者第二板件12与第三板件13之间的第二焊缝进行焊后消氢处理。

进一步，于步骤S102之前，可以先将第一板件11或者第二板件12与第三板件13焊接固定，且采用磁应变法对第二焊缝的残余应力进行测试，每条焊缝的残余应力测试点不得少于三个(焊缝中间和焊缝根部)。

参见图2和图3所示，在一些实施例中，于步骤S102中，所述对第一板件11或者第二板件12与第三板件13之间的第二焊缝进行焊后消氢处理，包括：对第一板件11或者第二板件12与第三板件13之间的第二焊缝加热至200℃～300℃，然后进行保温；达到保温时间后，缓冷至常温；本实施例中，将端腹板131与推力隔板部件11焊接完成之后，立即对焊缝进行消氢处理，且边隔板部件132、前翼缘133、后翼缘134按照与端腹板131相同的方式进行焊后消氢处理，最终形成人字闸门边单元的整体结构。

进一步，于步骤S102中，第二焊缝的保温时间可以取焊件接头部位的最大板厚并按照每25mm的板厚保温时间大于或者等于0.5h，且总保温时间大于或者等于1h来确定，本实施例中，当进行端腹板131与推力隔板部件11之间的焊接时，由于推力隔板部件11的板厚大于端腹板131，因此取推力隔板部件11的板厚50～60mm，每25mm的板厚保温时间大于或者等于0.5h，所以端腹板131与推力隔板部件11之间焊接时，至少保温1h。

进一步，于步骤S102中，可以采用保温棉覆盖第二焊缝的方式进行保温。

S103：对大型焊接结构件1整体进行振动时效处理。

在一些实施例中，于步骤S103中，所述对大型焊接结构件1整体进行振动时效处理，可以包括：大型焊接结构件1经过校正处理满足图纸要求后，在大型焊接结构件1底部放置弹性支撑，支撑点可以为四点或者五点，使大型焊接结构件1放置平稳；然后对大型焊接结构件1施加一个与其固有谐振频率接近的周期激振力进行亚共振，当大型焊接结构件1的能量积累超过预设阀值时(也就是σ_残+σ_动≥σ_s，其中，σ_残为大型焊接结构件1的残余应力，σ_动为大型焊接结构件1的动应力，σ_s为大型焊接结构件1的屈服强度)，大型焊接结构件1内部高应力区产生儒变，使造成残余应力的歪曲晶格一定程度地恢复平衡状态，从而使大型焊接结构件1的残余应力得以降低和均化。

进一步，于步骤S103之后，可以采用磁应变法对第一焊缝和第二焊缝的残余应力进行测试，每条焊缝的残余应力测试点不得少于三个(焊缝中间和焊缝根部)。

本发明实施例提供的一种大型焊接结构件消除应力的方法的原理为：

由于对第一板件11与第二板件12进行了退火处理，可以消除第一焊缝附近的应力，对第三板件13与第一板件11或者第二板件12之间的第二焊缝进行了焊后消氢处理，可以使第二焊缝处的氢扩散，防止裂纹的产生，且最后对大型焊接结构件1整体进行了振动时效处理，使整个大型焊接结构件1的残余应力得以降低和匀化，将大型焊接结构件1的焊接应力在制造的全周期内分阶段消除，从而使大型焊接结构件1能够顺利加工制造，且制造完成之后不影响其使用性能；同时，将厚度较厚且焊接量较大的第一板件11与第二板件12放入炉中进行退火处理，对第二焊缝进行消氢处理，不需要将整个大型焊接结构件1全部放入炉中进行消除应力，避免了整体运输大型焊接结构件1，也不需提供较大量的热来对整个大型焊接结构件1进行退火处理，具有节能、降低成本、缩短制造周期、提高大型焊接结构件1尺寸精度和降低劳动强度等优点。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种大型焊接结构件消除应力的方法，大型焊接结构件(1)包括焊接固定的第一板件(11)和第二板件(12)，以及与所述第一板件(11)或者所述第二板件(12)焊接固定的第三板件(13)，所述第一板件(11)和所述第二板件(12)的厚度均大于所述第三板件(13)，其特征在于，其包括以下步骤：

对所述第一板件(11)与所述第二板件(12)之间的第一焊缝进行局部退火处理；

对所述第一板件(11)或者所述第二板件(12)与所述第三板件(13)之间的第二焊缝进行焊后消氢处理；

对所述大型焊接结构件(1)整体进行振动时效处理。

2.如权利要求1所述的大型焊接结构件消除应力的方法，其特征在于，所述对所述第一板件(11)与所述第二板件(12)之间的第一焊缝进行局部退火处理，包括：

将所述第一板件(11)与所述第二板件(12)放入炉内加热，使炉温升温至热处理温度；

根据所述第一板件(11)与所述第二板件(12)的板厚进行保温；

在炉温温度大于300℃的条件下进行冷却，炉温降至300℃以下后，将所述第一板件(11)与所述第二板件(12)取出炉冷却。

3.如权利要求2所述的大型焊接结构件消除应力的方法，其特征在于：

所述第一板件(11)与所述第二板件(12)的加热速度大于或者等于50℃/h，小于或者等于55℃/h。

4.如权利要求2所述的大型焊接结构件消除应力的方法，其特征在于：

在加热期间，所述第一板件(11)或者所述第二板件(12)的任意部位在预设距离范围内，温差小于或者等于120℃。

5.如权利要求2所述的大型焊接结构件消除应力的方法，其特征在于：

所述第一板件(11)与所述第二板件(12)在炉内进行冷却时，冷却速度小于或者等于65℃/h。

6.如权利要求1所述的大型焊接结构件消除应力的方法，其特征在于，所述对所述第一板件(11)或者所述第二板件(12)与所述第三板件(13)之间的第二焊缝进行焊后消氢处理，包括：

对所述第一板件(11)或者所述第二板件(12)与所述第三板件(13)之间的第二焊缝加热至200℃～300℃，然后进行保温；达到保温时间后，缓冷至常温。

7.如权利要求6所述的大型焊接结构件消除应力的方法，其特征在于：

所述第二焊缝的保温时间取焊件接头部位的最大板厚并按照每25mm的板厚保温时间大于或者等于0.5h，且总保温时间大于或者等于1h来确定。

8.如权利要求6所述的大型焊接结构件消除应力的方法，其特征在于：采用保温棉覆盖所述第二焊缝的方式进行保温。

9.如权利要求1所述的大型焊接结构件消除应力的方法，其特征在于：所述对所述大型焊接结构件(1)整体进行振动时效处理，包括：

在所述大型焊接结构件(1)底部放置弹性支撑，使所述大型焊接结构件(1)放置平稳；

对所述大型焊接结构件(1)施加一个与其固有谐振频率接近的周期激振力进行亚共振。

10.如权利要求1所述的大型焊接结构件消除应力的方法，其特征在于：

在对所述大型焊接结构件(1)整体进行振动时效处理之后，采用磁应变法对所述第一焊缝和所述第二焊缝的残余应力进行测试。

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