CN113278788B - 一种用于焊缝残余应力消除的复合装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于焊缝残余应力消除的复合装置和方法，包括：支撑架、移动轮、超声冲击枪、调高螺栓、缓冲弹簧、热风枪、热风枪支架、加热组件、温度传感器、控制箱；支撑架由四个移动轮支撑，超声冲击枪通过安装有缓冲弹簧的调高螺栓固定于支撑架上，用于加热焊缝的保温箱和用于防止热量散失过快的热风枪设置在超声冲击枪的两侧。保温箱包括加热片、隔热层及温度传感器；超声冲击枪、热风枪、温度传感器以及加热片分别与控制箱连接。整个装置结构简单，焊接残余应力更容易且有效的消除，极大降低残余应力释放带来的样件变形。

Description

一种用于焊缝残余应力消除的复合装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于焊缝残余应力消除的复合装置及方法，属于焊接应力消除技术领域。
背景技术
随着我国航天领域的发展，对航天运载器运载能力的要求逐渐提高。因此，运载器的尺寸也越来越大，相应的，其各级零部件的尺寸也逐渐增加。综合考虑成本和技术水平，焊接是仍是大尺寸运载器零部件的常用技术手段。焊接时，热源附近材料受到不均匀的局部热效应，焊接过程中材料发生复杂的冶金过程，进而造成焊接结构，尤其是焊缝处存在较大的残余应力。残余应力的存在，会导致焊接件的承载能力、抗应力腐蚀能力以及疲劳寿命的下降，增加脆性断裂的可能，加剧服役环境下的蠕变损伤，造成重大的损失，因此焊后消除应力在生产中是非常重要和必要的。
目前，热处理和超声振动法是工程中常用的焊缝应力消除方法。热处理消除残余应力的机理是通过加热降低材料的屈服强度，焊接残余应力超过屈服强度后，就会发生塑性变形，进而释放焊接残余应力。超声振动法提供一个动应力，使动应力和残余应力叠加后，超过屈服强度，进而通过塑性变形释放残余应力。这两种方法都有一定的局限性，热处理对空间有一定的限制，并且需要加温、保温、冷却，因此周期较长,而且热处理设备安装使用成本较高，此外，由于残余应力的存在，焊接件在热处理过程中，易造成预料之外的变形。超声振动法效率和效果有待增强，这是因为室温下，金属零件的屈服强度相对较高。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于焊缝残余应力消除的复合装置和方法。通过本发明提供的装置及方法，能够通过局部热输入的手段降低焊缝处的屈服强度，同时能够利用超声振动处理方式提供动应力，一方面使焊接残余应力更容易且有效的消除，另一方面空间适用性较强。
为了达到上述技术目的，本发明的技术方案如下：
一种用于焊缝残余应力消除的复合装置，该装置包括支撑架、移动轮、超声冲击枪、调高螺栓、缓冲弹簧、热风枪、热风枪支架、加热组件、温度传感器、控制箱，连结方式及具体结构如下：所述支撑架是桥形结构，由四个所述移动轮支撑，所述超声冲击枪位于所述支撑架下方，所述超声冲击枪和所述支撑架之间由所述调高螺栓连结，所述缓冲弹簧设置于所述调高螺栓上，所述热风枪支架和所述加热组件分别设置在所述超声冲击枪的两侧，所述热风枪设置于所述热风枪支架上，所述加热组件设置在所述支撑架上，并通过所述温度传感器检测焊缝的实时温度；所述的加热组件包括加热片、隔热层及箱体；所述的超声冲击枪、所述的热风枪、所述的加热组件以及所述的温度传感器分别与控制箱连接。
进一步地，所述的支撑架底部两翼板处设有四个用于安装移动轮的孔，上部横板处设置有两个用于安装调高螺栓的孔，两侧板处设有一个用于安装加热装置的筋板，外侧设有把手。
进一步地，所述的超声冲击枪、所述的热风枪以及所述的加热组件轴线位于同一平面。
进一步地，所述超声冲击枪一侧设置有于热风枪相连的凸起平台。
进一步地，所述加热组件的箱体和隔热层上端分别设有三个孔，其中，中间孔用于所述加热片的电线通过，两端孔用于安装所述温度传感器。
进一步地，所述的隔热层的材质为硅酸铝纤维。
进一步地，所述的加热片和热风枪的工作范围为零下20—300℃。
一种用于焊缝残余应力消除的复合方法，包括以下几个步骤：
步骤一、通过残余应力检测设备检测焊缝处的残余应力场；
步骤二、根据焊接材料以及步骤一所测试的焊缝处的残余应力场选定合适的加热温度和冲击频率，确保由冲击头提供的动应力与残余应力的叠加值能够超过所选定温度下的焊接材料的屈服强度；
步骤三、将焊缝对准超声冲击枪的冲击头和热风枪的轴线放置；
步骤四、调整加热组件的高度，直至覆盖住焊缝；
步骤五、打开控制箱，设置温度为选定值，打开温控系统开关，使加热组件、热风枪和温度传感器开始工作，直至升温至所设定温度；
步骤六、通过控制箱打开超声冲击枪的开关，使超声冲击枪开始工作；
步骤七、手扶支撑架两侧面的把手，移动整个装置进行应力消除操作。
进一步地，装置的移动速度要保证控制箱显示面板处的两温度传感器的温度显示差值小于10℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种用于焊缝残余应力消除的复合装置及方法，整个装置结构简单，使用方便，安装拆卸便捷，运行效率高；
通过热输入降低焊缝处的屈服强度，同时能够利用超声振动处理方式提供动应力，使焊接残余应力更容易且有效的消除；
加热装置只针对焊缝附近，而不是整体的加热，极大降低了残余应力释放带来的样件变形现象；
该装置理论上能够对任意大的焊接件进行焊缝残余应力消除；
超声冲击装置和手持平台之间设有缓冲弹簧，易于减轻工人的劳动强度。
附图说明
图1为本发明的装置安放原理图
图2为加热装置的原理图。
其中：
1、支撑架；2、超声冲击枪；3、调高螺栓；4、缓冲弹簧；
5、热风枪支架；6、热风枪；7、加热组件；8、温度传感器；
9、控制箱；10、移动轮；
7-1、箱体；7-2、隔热层；7-2、加热片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定于本发明。
一种用于焊缝残余应力消除的复合装置，如图1所示，包括支撑架1、超声冲击枪2、调高螺栓3、缓冲弹簧4、热风枪支架5、热风枪6、加热组件7、温度传感器8、控制箱9、移动轮10。支撑架1是桥形结构，由四个移动轮10支撑，超声冲击枪2设置于支撑架1的下方，超声冲击枪2和支撑架1之间由两个调高螺栓3连结，缓冲弹簧4同心设置于调高螺栓3上，热风枪支架5和加热组件7分别设置在超声冲击枪2的两侧，热风枪6设置在热风枪支架5上，加热组件7设置在支撑架1上，温度传感器8设置在加热组件7内部靠近两端面处，两个温度传感器8呈对称分布，超声冲击枪2、热风枪6、加热组件7以及温度传感器8分别与控制箱9连接。如图2所示，加热片7-3设置在箱体7-1内部侧面，加热片7-3与箱体7-1之间设有隔热层7-2。
该装置通过热输入降低焊缝处的屈服强度，同时能够利用超声振动处理方式提供动应力，使焊接残余应力更容易且有效的消除。
首先通过残余应力检测设备检测焊缝处的残余应力场，根据焊接材料以及焊缝处的残余应力场选定合适的加热温度和冲击频率，确保由冲击头提供的动应力与残余应力的叠加值能够超过所选定温度下的焊接材料的屈服强度。将焊缝对准超声冲击枪2的冲击头和热风枪6的轴线放置，随后调整加热组件7的高度，直至覆盖住焊缝。打开控制箱9，设置温度为选定值，打开温控系统开关，使热风枪6、加热组件7和温度传感器8开始工作，直至升温至所设定温度。通过控制箱9打开超声冲击枪2的开关，使超声冲击枪2开始工作，手扶支撑架1两侧面的把手，移动整个装置进行应力消除操作，移动速度要保证控制箱9显示面板处的两温度传感器8的温度显示差值小于10℃。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于焊缝残余应力消除的复合装置，其特征在于，包括:支撑架(1)、超声冲击枪(2)、调高螺栓(3)、缓冲弹簧(4)、热风枪支架(5)、热风枪(6)、加热组件(7)、温度传感器(8)、控制箱(9)、移动轮(10)；所述支撑架(1)是桥形结构，由四个所述移动轮(10)支撑，所述超声冲击枪(2)设置于所述支撑架(1)的下方，所述超声冲击枪(2)和所述支撑架(1)之间由两个所述调高螺栓(3)连结，所述缓冲弹簧(4)同心设置于调高螺栓(3)上，所述热风枪支架(5)和所述加热组件(7)分别设置在所述超声冲击枪(2)的两侧，所述热风枪(6)设置在所述热风枪支架(5)上，由四个螺钉固定，所述加热组件(7)设置在所述支撑架(1)的筋板上，所述超声冲击枪(2)、所述热风枪(6)以及所述加热组件(7)轴线位于同一平面；所述加热组件(7)包括箱体(7-1)、隔热层(7-2)以及加热片(7-3)，所述加热片(7-3)设置在所述箱体(7-1)内部侧面，所述加热片(7-3)与所述箱体(7-1)之间设有所述隔热层(7-2)；所述温度传感器(8)设置在所述加热组件(7)内部靠近两端面处，两个所述温度传感器(8)呈对称分布；所述超声冲击枪(2)、所述热风枪(6)、所述加热组件(7)以及所述温度传感器(8)分别与所述控制箱(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于焊缝残余应力消除的复合装置，其特征在于，所述箱体(7-1)和所述隔热层(7-2)上端分别设有三个孔，其中，中间孔用于所述加热片的电线通过，两端孔用于安装所述温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种用于焊缝残余应力消除的复合装置，其特征在于，所述的加热片(7-3)和热风枪(6)的工作范围为零下20—300℃。
4.一种用于焊缝残余应力消除的复合方法，基于权利要求1所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：首先通过残余应力检测设备检测焊缝处的残余应力场；
步骤二：根据焊接材料以及步骤一所测试的焊缝处的残余应力场选定合适的加热温度和冲击频率，确保由冲击头提供的动应力与残余应力的叠加值能够超过所选定温度下的焊接材料的屈服强度；
步骤三：将焊缝对准所述超声冲击枪(2)的冲击头和所述热风枪(6)的轴线放置；
步骤四、调整加热组件(7)的高度，直至覆盖住焊缝；
步骤五、打开控制箱，设置温度为选定值，打开温控系统开关，使热风枪(6)、加热组件(7)的加热片(7-3)和温度传感器(8)开始工作，直至升温至所设定温度；
步骤六、通过控制箱(9)打开超声冲击枪(2)的开关，使超声冲击枪(2)开始工作；
步骤七、手扶支撑架(1)两侧面的把手，移动整个装置进行应力消除操作，移动速度要保证控制箱(9)显示面板处的两温度传感器(8)的温度显示差值小于10℃。
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