CN113957218A - 一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置及方法，包括机架、平移机构、升降机构、张角调节机构和辊轧机构，机架顶面的延长支撑板设置有平移机构，升降机构的上端连接平移机构、下端连接张角调节机构，张角调节机构的两个支撑臂上分别连接有一辊轧机构，机架的底板上设置有用于吸附固定T型焊接接头工件的永磁吸盘，T型焊接接头工件两侧的焊缝分别对应一个辊轧机构，辊轧机构能够与焊缝相抵触。本发明能够有效提高典型T型焊接接头的疲劳寿命，显著降低使用过程中接头位置疲劳裂纹萌生及扩展的概率，提高典型T型焊接接头的服役可靠性和稳定性。

Description

一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置及方法

技术领域

本发明涉及接头焊接技术领域，特别是涉及一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置及方法。

背景技术

焊接技术的广泛应用，使大型复杂结构件的制造成为可能，通过焊接，可实现同种或不同种材质、等厚度或不等厚度金属板料的连接。T型接头结构形式灵活，且可承受重载或承受复杂载荷，已在焊接领域得到了广泛的应用。因此，在焊接结构中，T型接头单元的疲劳性能成为决定整体焊接结构使用安全性和稳定性的关键因素。

然而，焊接后的T型接头中会同时存在残余拉应力和残余压应力，其中，残余压应力能有效的减缓疲劳载荷作用下微裂纹的萌生和扩展，而残余拉应力的存在，会成为加速微裂纹萌生和扩展的有害因素，导致焊接接头的力学性能大幅下降，这将严重影响整体焊接结构的性能一致性，最终影响整体焊接结构件的服役可靠性和服役周期。因此，亟需一种提升典型T型焊接接头疲劳性能的新型工艺方法及其实现装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使典型T型焊接接头的抗疲劳性能及服役可靠性提升。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，包括机架、平移机构、升降机构、张角调节机构和辊轧机构，所述机架的顶面设置有所述平移机构，所述升降机构的上端连接所述平移机构、下端连接所述张角调节机构，所述张角调节机构的两个支撑臂上分别连接有一所述辊轧机构，所述机架的底板上设置有用于吸附固定T型焊接接头工件的永磁吸盘，所述T型焊接接头工件两侧的焊缝分别对应一个所述辊轧机构，所述辊轧机构能够与所述焊缝相抵触。

优选的，所述平移机构包括电机、丝杠和滑块，所述电机通过螺栓固定于机架顶面的支撑板上，所述电机连接所述丝杠，所述丝杠上设置有所述滑块。

优选的，所述升降机构为升降液压缸，所述滑块上设置有牵引杆，所述牵引杆连接所述升降液压缸。

优选的，所述张角调节机构包括连接杆、支撑臂、调节齿轮和导向杆，所述导向杆的中心穿设于所述连接杆上、两端对称设置有所述调节齿轮，所述调节齿轮和所述连接杆均与所述导向杆通过键连接，两个所述支撑臂的上端均设置有齿槽，每个所述齿槽与一个所述调节齿轮相匹配，所述导向杆的端部分别贯穿所述支撑臂后通过螺母锁紧，所述连接杆连接于所述升降机构上。

优选的，所述支撑臂上设置有张角定位机构，所述张角定位机构包括水平限位架、限位块和固定销，所述水平限位架呈倒U型且两端设置有限位卡槽，两个所述支撑臂的对应位置上均通过所述固定销连接一所述限位块，所述限位块的定位面呈阶梯状，所述限位卡槽的形状与所述限位块的定位面相匹配。

优选的，所述辊轧机构包括插接框、锁紧机构、支撑架、施压油缸和辊轮，所述支撑臂的下端垂直插接于所述插接框内，所述插接框上设置有用于锁紧所述支撑臂的所述锁紧机构，所述插接框的下端与所述支撑架之间对称设置有一对所述施压油缸，所述支撑架上转动设置有所述辊轮。

优选的，所述锁紧机构包括调节螺杆和旋杆，所述调节螺杆的一端贯穿所述插接框与所述支撑臂相抵触、另一端上插接所述旋杆，所述辊轮上设置有压力传感器。

优选的，所述机架的底板中心上设置有用于吸附所述T型焊接接头工件的永磁吸盘，所述T型焊接接头工件的焊缝与所述平移机构的运动方向平行。

本发明还涉及一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧方法，基于上述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，将T型焊接接头工件的中线与所述机架底板的中线对齐放置，调节支撑臂的夹角等于二倍的焊缝表面与竖直方向的设定夹角，调节施压油缸的压力，使辊轮与焊缝表面相抵触，驱动电机带动支撑臂沿焊缝方向往复运动，直至将所述焊缝压下焊缝计算厚度值的5％～20％后停止运动。

优选的，所述焊缝与竖直方向的设定夹角为30°、45°和60°，所述施压油缸的施加的压力为10-500MPa。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明能够有效提高典型T型焊接接头的疲劳寿命，显著降低使用过程中接头位置疲劳裂纹萌生及扩展的概率，提高典型T型焊接接头的服役可靠性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置的结构示意图一；

图2为本发明提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置的结构示意图二；

图3为本发明中辊轧模块的结构示意图一；

图4为本发明中辊轧模块的结构示意图二；

图5为本发明中张角调节机构的结构示意图一；

图6为本发明中张角调节机构的结构示意图二；

图7为本发明中T型焊接接头工件辊轧后的结构示意图；

其中：1-提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，2-机架，3-辊轧机构，4-支撑臂，5-限位块，6-螺栓，7-水平限位架，8-电机，9-升降液压缸，10-固定销，11-延长支撑板，12-牵引杆，13-丝杠，14-滑块，15-永磁吸盘，16-调节齿轮，17-导向杆，18-连接杆，19-T型焊接接头工件，20-辊轮，21-压力传感器，22-施压油缸，23-调节螺杆，24-旋杆，25-挡板，26-轮轴，27-插接框，28-键，29-支撑架。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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付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。

本发明的目的是提供一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置及方法，以解决现有技术存在的问题，使典型T型焊接接头的抗疲劳性能及服役可靠性提升。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图7所示：本实施例提供了一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置1，包括机架2、平移机构、升降机构、张角调节机构和辊轧机构3，机架2的顶面设置有平移机构，升降机构的上端连接平移机构、下端连接张角调节机构，张角调节机构的两个支撑臂4上分别连接有一辊轧机构3，机架2的底板上设置有用于吸附固定T型焊接接头工件19的永磁吸盘，T型焊接接头工件19两侧的焊缝分别对应一个辊轧机构3，辊轧机构3能够与焊缝相抵触。

平移机构包括电机8、丝杠13和滑块14，电机8通过螺栓固定于机架顶面的延长支撑板11上，电机8连接丝杠13，丝杠13上设置有滑块14。升降机构为升降液压缸9，滑块上设置有牵引杆12，牵引杆12连接升降液压缸9；电机8为伺服电机。

张角调节机构包括连接杆18、支撑臂4、调节齿轮16和导向杆17，导向杆17的中心穿设于连接杆18上、两端对称设置有调节齿轮16，调节齿轮16和连接杆18均与导向杆17通过键28连接，根据载荷特征可选为平键连接或花键连接，两个支撑臂4的上端均设置有齿槽，每个齿槽与一个调节齿轮16相匹配，导向杆17的端部分别贯穿支撑臂4后通过螺母锁紧，连接杆18连接于升降机构上。

支撑臂4上设置有张角定位机构，张角定位机构包括水平限位架7、限位块5和固定销10，水平限位架7呈倒U型且两端设置有限位卡槽，两个支撑臂4的对应位置上均通过固定销10连接一限位块5，限位块5的定位面呈阶梯状，限位卡槽的形状与限位块5的定位面相匹配，以对支撑臂4的张角进行锁定，防止运动过程中张角变化，也可实现辊轧过程中对T型焊接接头工件19产生的反作用力的限制。其中，可根据两支撑臂4的夹角不同，选择合适相应长度规格的水平限位架7。

辊轧机构3包括插接框27、锁紧机构、支撑架29、施压油缸22和辊轮20，支撑臂4的下端垂直插接于插接框27内，使支撑臂4与竖直方向的夹角和焊缝表面与竖直方向的夹角相同，便于调节支撑臂4的夹角。插接框27上设置有用于锁紧支撑臂4的锁紧机构，插接框27的下端与支撑架29之间对称设置有一对施压油缸22，支撑架29上转动设置有辊轮20。锁紧机构包括调节螺杆23和旋杆24，调节螺杆23的一端贯穿插接框27与支撑臂相抵触、另一端上插接旋杆24，便于调节辊轮20与焊缝之间的相对位置。辊轮20上设置有压力传感器21，便于检测施压油缸22的施压压力，压力传感器21可对辊轮20的实时压力进行采集，并传输到控制器中，控制器经过换算显示此时辊轮20的下压强度，并根据控制器设定的下压强度值，继续控制施压油缸22下压，直至下压强度达到控制器中下压强度设定值。其中，支撑架29的两侧分别通过螺栓6连接有挡板25，挡板25上连接辊轮20的轮轴26，便于更换辊轮20。

机架2的底板中心上设置有用于吸附T型焊接接头工件19的永磁吸盘15，T型焊接接头工件19的焊缝与平移机构的辊轮20的运动方向平行，便于辊轧。

一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧方法，基于上述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置1，将T型焊接接头工件19的中线与机架2底板的中线对齐放置，调节支撑臂4的夹角等于二倍的焊缝表面与竖直方向的设定夹角，调节施压油缸22的压力，使辊轮20与焊缝表面相抵触，驱动电机8带动支撑臂4沿焊缝方向往复运动，直至将焊缝压下焊缝计算厚度值的5％～20％后停止运动，最优参数应根据焊接接头疲劳使用性能进行确定。焊缝与竖直方向的设定夹角为30°、45°和60°，施压油缸22的施加的压力为10-500MPa。

本实施例中T型焊接接头工件19的材料选用Q345或Q460钢材中的一种，也可以选用其他类型焊接材料，根据选用的材料不同，则辊轧下压强度值的选择也不同，具体参数可根据焊接材料的性能确定；控制施压油缸22的下压强度数值至控制器下压强度设定值，且保证该数值大于工件材料的屈服强度数值但不超过工件材料的抗拉强度数值，在该下压强度条件下，驱动辊轮在焊缝表面往复运动，直至达到设定的辊轧压下量。完成辊轧处理的T型焊接接头工件19，抗疲劳载荷性能将获得较大提升，适宜在复杂外载作用下服役，焊接接头出现微裂纹萌生、扩展及破坏概率也显著降低。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，其特征在于：包括机架、平移机构、升降机构、张角调节机构和辊轧机构，所述机架的顶面设置有所述平移机构，所述升降机构的上端连接所述平移机构、下端连接所述张角调节机构，所述张角调节机构的两个支撑臂上分别连接有一所述辊轧机构，所述机架的底板上设置有用于吸附固定T型焊接接头工件的永磁吸盘，所述T型焊接接头工件两侧的焊缝分别对应一个所述辊轧机构，所述辊轧机构能够与所述焊缝相抵触。

2.根据权利要求1所述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，其特征在于：所述平移机构包括电机、丝杠和滑块，所述电机通过螺栓固定于机架顶面的支撑板上，所述电机连接所述丝杠，所述丝杠上设置有所述滑块。

3.根据权利要求2所述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，其特征在于：所述升降机构为升降液压缸，所述滑块上设置有牵引杆，所述牵引杆连接所述升降液压缸。

4.根据权利要求1所述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，其特征在于：所述张角调节机构包括连接杆、支撑臂、调节齿轮和导向杆，所述导向杆的中心穿设于所述连接杆上、两端对称设置有所述调节齿轮，所述调节齿轮和所述连接杆均与所述导向杆通过键连接，两个所述支撑臂的上端均设置有齿槽，每个所述齿槽与一个所述调节齿轮相匹配，所述导向杆的端部分别贯穿所述支撑臂后通过螺母锁紧，所述连接杆连接于所述升降机构上。

5.根据权利要求4所述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，其特征在于：所述支撑臂上设置有张角定位机构，所述张角定位机构包括水平限位架、限位块和固定销，所述水平限位架呈倒U型且两端设置有限位卡槽，两个所述支撑臂的对应位置上均通过所述固定销连接一所述限位块，所述限位块的定位面呈阶梯状，所述限位卡槽的形状与所述限位块的定位面相匹配。

6.根据权利要求4所述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，其特征在于：所述辊轧机构包括插接框、锁紧机构、支撑架、施压油缸和辊轮，所述支撑臂的下端垂直插接于所述插接框内，所述插接框上设置有用于锁紧所述支撑臂的所述锁紧机构，所述插接框的下端与所述支撑架之间对称设置有一对所述施压油缸，所述支撑架上转动设置有所述辊轮。

7.根据权利要求6所述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，其特征在于：所述锁紧机构包括调节螺杆和旋杆，所述调节螺杆的一端贯穿所述插接框与所述支撑臂相抵触、另一端上插接所述旋杆，所述辊轮上设置有压力传感器。

8.根据权利要求1所述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，其特征在于：所述机架的底板中心上设置有用于吸附所述T型焊接接头工件的永磁吸盘，所述T型焊接接头工件的焊缝与所述平移机构的运动方向平行。

9.一种提升焊接接头疲劳性能的辊轧方法，基于权利要求1-8中任一项所述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧装置，其特征在于：将T型焊接接头工件的中线与所述机架底板的中线对齐放置，调节支撑臂的夹角等于二倍的焊缝表面与竖直方向的设定夹角，调节施压油缸的压力，使辊轮与焊缝表面相抵触，驱动电机带动支撑臂沿焊缝方向往复运动，直至将所述焊缝压下焊缝计算厚度值的5％～20％后停止运动。

10.根据权利要求9所述的提升焊接接头疲劳性能的辊轧方法，其特征在于：所述焊缝表面与竖直方向的设定夹角为30°、45°和60°，所述施压油缸施加的压力为10-500MPa。

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