CN113468774A - 一种基于水射流的t型焊接接头焊接残余应力处理方法 - Google Patents

一种基于水射流的t型焊接接头焊接残余应力处理方法 Download PDF

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郑红祥
臧靖宇
张玉财
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Abstract

本发明属于T型焊接接头焊接残余应力处理技术领域，具体涉及一种基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，包括：构建T型焊接接头几何模型；在T型焊接接头几何模型上叠加焊缝温度场，进行有限元分析，计算得到的T型焊接接头焊接残余应力分布规律；在T型焊接接头上划分焊缝区，以及基于残余应力分布规律，在T型焊接接头上划分高拉应力区、低拉应力区、压应力区；对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区，以相应的预定轴心压力进行水射流处理。

Description

一种基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法
技术领域
本申请属于T型焊接接头焊接残余应力处理技术领域，具体涉及一种基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法。
背景技术
焊接过程中，被焊工件经受局部的快速加热、冷却，形成了极不均匀的温度场，使得被焊工件焊接完成后产生较大的焊接残余应力。
被焊工件中残余应力的存在会严重降低结构的承受能力，包括抗疲劳能力、抗脆断能力和抗应力腐蚀能力等，严重影响结构的性能及其寿命。
T型焊接接头是工程中常见的焊接结构，相对于对接焊接接头结构复杂，其表面形貌与对接焊接接头存在较大差异，当前，以水射流处理的方法可较好的实现对接焊接接头焊接残余应力的消除，但对于T型接头，由于其结构复杂，焊接接头表面形貌与对接接头不一致，所需的水射流工艺参数和方法不同，其并不能够有效实现对T型焊接接头焊接残余应力的消除，且效率较低，浪费严重，制约T型焊接接头的安全使用。
发明内容
基于上述背景技术，本申请的目的是提供一种基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
本申请的技术方案是：
一种基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，包括：
构建T型焊接接头几何模型；
在T型焊接接头几何模型上叠加焊缝温度场，进行有限元分析，计算得到的T型焊接接头焊接残余应力分布规律；
在T型焊接接头上划分焊缝区，以及基于残余应力分布规律，在T型焊接接头上划分高拉应力区、低拉应力区、压应力区；
对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区，以相应的预定轴心压力进行水射流处理。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，还包括：
加工T型焊接接头试样，观测熔池形貌；
所述构建T型焊接接头几何模型时，基于观测的熔池形貌确定焊缝区。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，所述观测T型焊接接头试样熔池形貌，具体为：
切割T型焊接接头试样，打磨、抛光、腐蚀后，在显微镜下熔池形貌。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，所述在T型焊接接头几何模型上叠加焊缝温度场，具体为：
根据焊接工艺，编写焊接热源子程序，在T型焊接接头几何模型上模拟、叠加焊缝温度场。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，还包括：
加工T型焊接接头试样，记录靠近熔池区域的热循环曲线；
根据记录的热循环曲线，对T型焊接接头几何模型上叠加的焊缝温度场进行修正。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，还包括：
加工T型焊接接头试样，测试残余应力分布；
根据测试的残余应力分布，对计算得到的残余应力分布规律进行修正。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，在T型焊接接头上划分高拉应力区的应力大于0.8σs；
在T型焊接接头上划分低拉应力区的应力不大于0.8σs；
其中，
σs为T型焊接接头母材的屈服强度。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，所述对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区，以相应的预定轴心压力进行水射流处理，具体为：
对T型焊接接头上的焊缝区，以1.0～1.2σs的轴心压力进行水射流处理；
对T型焊接接头上的高拉应力区，以0.8～1.0σs的轴心压力进行水射流处理；
对T型焊接接头上的低拉应力区，以0.5～0.8σs的轴心压力进行水射流处理；
对T型焊接接头上的压应力区，以0.3～0.5σs的轴心压力进行水射流处理。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，在以相应的预定轴心压力对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区进行水射流处理时，水射流喷嘴角度垂直于T型焊接接头表面，此外，
若W<10mm，则选取水射流喷嘴直径为0.5～1mm，水射流喷射距离为2～3W；
若10mm≤W≤30mm，则选取水射流喷嘴直径为1～2mm，水射流喷射距离为2～2.5W；
若W>30mm，则选取水射流喷嘴直径为2～3mm，水射流喷射距离为3～4W；
其中，
W对应于焊缝区、高拉应力区、低拉应力区或压应力区的宽度。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，在以相应的预定轴心压力对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区进行水射流处理时，
若T<10mm，则确定水射流喷射次数为1，水射流喷嘴移动速度为2～3m/min；
若10mm≤T<30mm，则确定水射流喷射次数为2，水射流喷嘴移动速度为1.5～2m/min；
若30mm≤T≤60mm，则确定水射流喷射次数为3，水射流喷嘴移动速度为1～1.5m/min；
若T>60mm，则确定水射流喷射次数至少为4，水射流喷嘴移动速度为0.4～1m/min；
其中，
T为T型焊接接头母材的厚度。
本申请至少存在以下有益技术效果：
提供一种基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其以T型焊接接头几何模型叠加焊缝温度场，进行有限元分析，计算得到的T型焊接接头焊接残余应力分布规律，基于残余应力分布规律在T型焊接接头上划分高拉应力区、低拉应力区、压应力区，以及划分焊缝区，针对不同的区域以相应的预定轴心压力进行水射流处理，实现对T型焊接接头焊接残余应力的有效消除，具有效率，以及具有较低的能耗。
附图说明
图1是本申请实施例提供的T型焊接接头上残余应力分布示意图；
图2是本申请实施例提供的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法的装置示意图；
其中：
A-焊缝区；B-高拉应力区；C-低拉应力区；D-压应力区；
1-T型焊接接头；2-水射流喷嘴；3-高压泵；4-水箱。
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其中描述位置关系的用语仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本发明的部分实施例，其仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本发明描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本发明描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本发明描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本发明描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本发明的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，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，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本发明中的具体含义。
下面结合附图1至图2对本发明做进一步详细说明。
一种基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，包括：
构建T型焊接接头几何模型；
在T型焊接接头几何模型上叠加焊缝温度场，进行有限元分析，计算得到的T型焊接接头焊接残余应力分布规律；
在T型焊接接头上划分焊缝区，以及基于残余应力分布规律，在T型焊接接头上划分高拉应力区、低拉应力区、压应力区；
对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区，以相应的预定轴心压力进行水射流处理。
对于上述实施例公开的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，领域内技术人员可以理解的是，其以T型焊接接头几何模型叠加焊缝温度场，进行有限元分析，计算得到的T型焊接接头焊接残余应力分布规律，基于残余应力分布规律在T型焊接接头上划分高拉应力区、低拉应力区、压应力区，以及划分焊缝区，针对不同的区域以相应的预定轴心压力进行水射流处理，实现对T型焊接接头焊接残余应力的有效消除，具有效率，以及具有较低的能耗。
在一些可选的实施例中，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，还包括：
加工T型焊接接头试样，观测熔池形貌；
所述构建T型焊接接头几何模型时，基于观测的熔池形貌确定焊缝区。
对于上述实施例公开的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，领域内技术人员可以理解的是，为保证加工得到T型焊接接头试样的可靠性，T型焊接接头试样按照T型焊接接头实际的焊接工艺及其结构进行加工，构建的构建T型焊接接头几何模型与加工得到T型焊接接头试样相对应。
在一些可选的实施例中，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，所述观测T型焊接接头试样熔池形貌，具体为：
切割T型焊接接头试样，打磨、抛光、腐蚀后，在显微镜下熔池形貌。
在一些可选的实施例中，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，所述在T型焊接接头几何模型上叠加焊缝温度场，具体为：
根据焊接工艺，编写焊接热源子程序，在T型焊接接头几何模型上模拟、叠加焊缝温度场。
在一些可选的实施例中，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，还包括：
加工T型焊接接头试样，记录靠近熔池区域的热循环曲线；
根据记录的热循环曲线，对T型焊接接头几何模型上叠加的焊缝温度场进行修正，以保证叠加温度场的准确性。
在一些可选的实施例中，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，还包括：
加工T型焊接接头试样，测试残余应力分布；
根据测试的残余应力分布，对计算得到的残余应力分布规律进行修正，以保证得到的残余应力分布规律的可靠性。
在一些可选的实施例中，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，在T型焊接接头上划分高拉应力区的应力大于0.8σs；
在T型焊接接头上划分低拉应力区的应力不大于0.8σs；
其中，
σs为T型焊接接头母材的屈服强度。
在一些可选的实施例中，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，所述对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区，以相应的预定轴心压力进行水射流处理，具体为：
对T型焊接接头上的焊缝区，以1.0～1.2σs的轴心压力进行水射流处理；
对T型焊接接头上的高拉应力区，以0.8～1.0σs的轴心压力进行水射流处理；
对T型焊接接头上的低拉应力区，以0.5～0.8σs的轴心压力进行水射流处理；
对T型焊接接头上的压应力区，以0.3～0.5σs的轴心压力进行水射流处理。
对于上述实施例公开的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，领域内技术人员可以理解的是，其给出了对T型焊接接头上不同的区域进行水射流处理轴心压力的范围，具体数值可由相关技术人员在应用本申请公开的技术方案时，根据具体实际进行选取，使各区域残余应力都能够达到压应力的水平。
在一些可选的实施例中，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，在以相应的预定轴心压力对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区进行水射流处理时，水射流喷嘴角度垂直于T型焊接接头表面，此外，
若W<10mm，则选取水射流喷嘴直径为0.5～1mm，水射流喷射距离为2～3W；
若10mm≤W≤30mm，则选取水射流喷嘴直径为1～2mm，水射流喷射距离为2～2.5W；
若W>30mm，则选取水射流喷嘴直径为2～3mm，水射流喷射距离为3～4W；
其中，
W对应于焊缝区、高拉应力区、低拉应力区或压应力区的宽度。
对于上述实施例公开的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，领域内技术人员可以理解的是，其根据不同的宽度，给出了对T型焊接接头上不同的区域进行水射流处理水射流喷嘴直径、水射流喷射距离以及水射流喷射角度的范围，具体数值可由相关技术人员在应用本申请公开的技术方案时，根据具体实际进行选取，在保证对T型焊接接头焊接残余应力有效消除的同时，具有较高的效率。
在一些可选的实施例中，上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法中，在以相应的预定轴心压力对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区进行水射流处理时，
若T<10mm，则确定水射流喷射次数为1，水射流喷嘴移动速度为2～3m/min；
若10mm≤T<30mm，则确定水射流喷射次数为2，水射流喷嘴移动速度为1.5～2m/min；
若30mm≤T≤60mm，则确定水射流喷射次数为3，水射流喷嘴移动速度为1～1.5m/min；
若T>60mm，则确定水射流喷射次数至少为4，水射流喷嘴移动速度为0.4～1m/min；
其中，
T为T型焊接接头母材的厚度。
对于上述实施例公开的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，领域内技术人员可以理解的是，其根据T型焊接接头母材的不同厚度，给出了对T型焊接接头上不同的区域进行水射流处理水射流喷射次数、水射流喷嘴移动速度，具体数值可由相关技术人员在应用本申请公开的技术方案时，根据具体实际进行选取，在保证对T型焊接接头焊接残余应力高效消除的同时，具有较大压力层深度。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
在一个具体实施例中，T型焊接接头以Q345R氩弧焊焊接，试板厚度20mm，焊缝道数为5道，焊接电压20～22V，焊接电流150-160A，焊接速度3mm/s，以如图2所述的装置，对T型焊接接头焊接残余应力进行消除，其通过高压泵3抽吸水箱4中水，给水射流喷嘴2，按照上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，对T型焊接接头1进行水射流处理，以压痕法测试该T型接头焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区残余应力大小，处理结果如下表所示：
Figure BDA0003063590760000101
Figure BDA0003063590760000102
Figure BDA0003063590760000111
从上表可见，按照上述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，对T型焊接接头1进行水射流处理，处理后T型焊接接头纵向、横向的焊接残余应力显著降低，其中，焊缝区纵向焊接残余应力最大降幅达86.2％，横向焊接残余应力最大降幅达92.0％。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，包括：
构建T型焊接接头几何模型；
在T型焊接接头几何模型上叠加焊缝温度场，进行有限元分析，计算得到的T型焊接接头焊接残余应力分布规律；
在T型焊接接头上划分焊缝区，以及基于残余应力分布规律，在T型焊接接头上划分高拉应力区、低拉应力区、压应力区；
对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区，以相应的预定轴心压力进行水射流处理。
2.根据权利要求1所述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，还包括：
加工T型焊接接头试样，观测熔池形貌；
所述构建T型焊接接头几何模型时，基于观测的熔池形貌确定焊缝区。
3.根据权利要求2所述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，所述观测T型焊接接头试样熔池形貌，具体为：
切割T型焊接接头试样，打磨、抛光、腐蚀后，在显微镜下熔池形貌。
4.根据权利要求1所述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，所述在T型焊接接头几何模型上叠加焊缝温度场，具体为：
根据焊接工艺，编写焊接热源子程序，在T型焊接接头几何模型上模拟、叠加焊缝温度场。
5.根据权利要求1所述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，还包括：
加工T型焊接接头试样，记录靠近熔池区域的热循环曲线；
根据记录的热循环曲线，对T型焊接接头几何模型上叠加的焊缝温度场进行修正。
6.根据权利要求1所述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，还包括：
加工T型焊接接头试样，测试残余应力分布；
根据测试的残余应力分布，对计算得到的残余应力分布规律进行修正。
7.根据权利要求1所述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，在T型焊接接头上划分高拉应力区的应力大于0.8σs；
在T型焊接接头上划分低拉应力区的应力不大于0.8σs；
其中，
σs为T型焊接接头母材的屈服强度。
8.根据权利要求1所述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，所述对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区，以相应的预定轴心压力进行水射流处理，具体为：
对T型焊接接头上的焊缝区，以1.0～1.2σs的轴心压力进行水射流处理；
对T型焊接接头上的高拉应力区，以0.8～1.0σs的轴心压力进行水射流处理；
对T型焊接接头上的低拉应力区，以0.5～0.8σs的轴心压力进行水射流处理；
对T型焊接接头上的压应力区，以0.3～0.5σs的轴心压力进行水射流处理。
9.根据权利要求1所述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，在以相应的预定轴心压力对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区进行水射流处理时，水射流喷嘴角度垂直于T型焊接接头表面，此外，
若W<10mm，则选取水射流喷嘴直径为0.5～1mm，水射流喷射距离为2～3W；
若10mm≤W≤30mm，则选取水射流喷嘴直径为1～2mm，水射流喷射距离为2～2.5W；
若W>30mm，则选取水射流喷嘴直径为2～3mm，水射流喷射距离为3～4W；
其中，
W对应于焊缝区、高拉应力区、低拉应力区或压应力区的宽度。
10.根据权利要求1所述的基于水射流的T型焊接接头焊接残余应力处理方法，其特征在于，在以相应的预定轴心压力对T型焊接接头上的焊缝区、高拉应力区、低拉应力区、压应力区进行水射流处理时，
若T<10mm，则确定水射流喷射次数为1，水射流喷嘴移动速度为2～3m/min；
若10mm≤T<30mm，则确定水射流喷射次数为2，水射流喷嘴移动速度为1.5～2m/min；
若30mm≤T≤60mm，则确定水射流喷射次数为3，水射流喷嘴移动速度为1～1.5m/min；
若T>60mm，则确定水射流喷射次数至少为4，水射流喷嘴移动速度为0.4～1m/min；
其中，
T为T型焊接接头母材的厚度。
CN202110520093.0A 2021-05-13 2021-05-13 一种基于水射流的t型焊接接头焊接残余应力处理方法 Pending CN113468774A (zh)

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