專利名稱：一種消除薄壁焊管焊縫殘余應(yīng)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊縫的處理方法，具體涉及一種消除薄壁焊管焊縫殘余應(yīng)力的方法。
目前國內(nèi)外用于消除或降低焊管焊縫殘余應(yīng)力的工藝方法大致有如下幾種(1)整體高溫回火、(2)局部高溫回火、(3)機(jī)械拉伸法、(4)溫差拉伸法、(5)振動法。這些方法都有其優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在一定的局限性。高溫回火能夠消除應(yīng)力或者降低應(yīng)力，但卻難以做到焊縫及基本金屬無氧化。機(jī)械拉伸法、溫差拉伸法以及振動法，由于設(shè)備復(fù)雜、成本高，推廣使用受到局限。
另外，有些矯正焊接變形的方法也能夠起到消除應(yīng)力的作用。如中國專利CN86108866A公開了一種“薄壁件焊縫逐點(diǎn)擠壓矯形方法及裝置”，該方法采用中心相同的一對圓柱形壓頭，對矯形工件的焊縫或近縫區(qū)施以靜擠壓力逐點(diǎn)擠壓，在對焊接引起的局部收縮矯形的同時(shí)，也能消除部分焊接應(yīng)力。但所需的靜壓力較高，對于鋁合金構(gòu)件或平面構(gòu)件尚可，若用于其它金屬件效果較差，特別是對于消除焊接應(yīng)力的一致性要求嚴(yán)格的薄壁焊管就更不適用了。因此，這種方法一般也僅用于焊接后的矯形而已。
對于特殊場合使用的薄壁焊管，如核電站設(shè)備上用到的不銹鋼薄壁焊管，對防腐和表面粗糙度有嚴(yán)格的要求，為了提高產(chǎn)品抗應(yīng)力腐蝕的能力必須保證產(chǎn)品焊接殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，而目前國內(nèi)所采用的各種工藝方法均無法予以保證。
針對以上情況，本發(fā)明提出一種新的消除薄壁焊管焊縫殘余應(yīng)力的方法，旨在增強(qiáng)焊縫區(qū)域的抗應(yīng)力腐蝕能力、抗疲勞強(qiáng)度，以及提高焊縫表面的粗糙度等級。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用曲面、曲率半徑同管件半徑相適應(yīng)的一對組合輥壓輪和輥壓支承芯軸，對管件焊縫區(qū)和近焊縫區(qū)施加垂直向下的壓力，輥壓輪沿縱向焊縫勻速滾動，使焊縫正反焊接成型面均勻受壓產(chǎn)生塑性變形，使焊接殘余拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，最終使焊縫區(qū)域得到與基體母材一樣光滑平整的表面。
所采用的輥壓力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式為P＝K·F·σ3其中P——輥壓力(kgf)
K——系數(shù) 取2～3F——輥壓焊縫接觸面積(mm2)σ3——材料屈服強(qiáng)度(kgf/mm2)本方法中輥壓輪凹曲面與支承芯軸凸曲面曲率半徑隨薄壁管件半徑不同而變化。一般支承芯軸凸曲面半徑取管件半徑，輥壓輪凹曲面半徑取管件半徑的1.1～1.5倍。輥?zhàn)又睆胶椭С行据S直徑則根據(jù)管件壁厚、管件長度分別計(jì)算，以保證輥?zhàn)?、芯軸滿足強(qiáng)度剛度要求即可。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明

圖1為本發(fā)明輥壓原理示意圖；圖2為圖1的側(cè)視圖。
其中1、輥壓輪2、支承芯軸3、焊接管件核電站設(shè)備中要求制作φ284×2×4300、φ289×0.8×3800A、B兩種規(guī)格的薄壁焊管，技術(shù)要求極高，進(jìn)口產(chǎn)品報(bào)價(jià)昂貴，國內(nèi)又沒有成熟的工藝方法，采用本發(fā)明我們成功地制作了上述不銹鋼薄壁焊管。
制作時(shí)，首先由支承芯軸2把焊接管件3支承起來，且使管件焊縫垂直向上。由輥壓輪1向焊縫施加垂直向下的壓力并沿著焊縫方向輥壓。輥壓輪、支承芯軸熱處理硬度HRC58～62，輥壓輪沿縱向焊縫移動速度為0～4m/min，每一工件的輥壓次數(shù)選擇范圍為1～4次，輥壓力A管P＝11064kgf，B管P＝9220kgf。通過連續(xù)輥壓使管件焊縫區(qū)域或近縫區(qū)域的復(fù)雜應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，從而有效地消除焊管焊接殘余應(yīng)力，提高薄壁焊管的抗應(yīng)力腐蝕能力和抗疲勞強(qiáng)度。
經(jīng)測試，按照本方法處理的薄壁焊接管，焊縫表面粗糙度等級可達(dá)到GB3280-92中的2B表面質(zhì)量；抗應(yīng)力腐蝕能力符合GB4334.5-84焊縫耐腐蝕試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；抗疲勞強(qiáng)度可比未處理前提高25％左右，產(chǎn)品質(zhì)量完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，完全可以和進(jìn)口產(chǎn)品相比。
本發(fā)明的工藝方法成功地運(yùn)用于薄壁焊管的生產(chǎn)，使核電站設(shè)備中薄壁焊接管件由進(jìn)口變?yōu)閲a(chǎn)，節(jié)約了大量外匯，取得顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是1、將焊接殘余拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，大大提高了焊縫區(qū)域的內(nèi)在質(zhì)量，可滿足不同規(guī)格、材質(zhì)和用途的薄壁焊管高表面質(zhì)量、高抗應(yīng)力腐蝕能力的要求。
2、工藝方法簡單、適用范圍廣、生產(chǎn)效率高。
3、設(shè)備投資少、加工成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好。
權(quán)利要求
1.一種消除薄壁焊管焊縫殘余應(yīng)力的方法，其特征是采用曲面、曲率半徑同管件半徑相適應(yīng)的一對組合輥壓輪和輥壓支承芯軸，對管件焊縫區(qū)和近焊縫區(qū)施加垂直向下的壓力，輥壓輪沿縱向焊縫勻速滾動，使焊縫正反焊接成型面均勻受壓產(chǎn)生塑性變形，使焊接殘余拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，最終使焊縫區(qū)域得到與基體母材一樣光滑平整的表面，所采用的輥壓力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式為P＝K·F·σ3其中P——輥壓力(kgf)K——系數(shù)取2～3F——輥壓焊縫接觸面積(mm2)σ3——材料屈服強(qiáng)度(kgf/mm2)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除薄壁焊管焊縫殘余應(yīng)力的方法，其特征是支承芯軸凸曲面半徑取管件半徑，輥壓輪凹曲面半徑取管件半徑的1.1～1.5倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除薄壁焊管焊縫殘余應(yīng)力的方法，其特征是輥壓輪沿縱向焊縫移動速度為0～4m/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除薄壁焊管焊縫殘余應(yīng)力的方法，其特征是每一工件的輥壓次數(shù)選擇范圍為1～4次。
全文摘要
一種消除薄壁焊管焊縫殘余應(yīng)力的方法,采用曲面、曲率半徑同管件半徑相適應(yīng)的一對組合輥壓輪和輥壓支承芯軸,對管件焊縫區(qū)和近焊縫區(qū)施以垂直向下的壓力,使之產(chǎn)生連續(xù)塑性變形,將焊接殘余拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力,大大改善了焊縫區(qū)域的內(nèi)在質(zhì)量,從而有效地提高薄壁焊管的抗應(yīng)力腐蝕能力和抗疲勞強(qiáng)度,以及焊縫表面的粗糙度等級。本工藝方法簡單、適用范圍廣、生產(chǎn)效率高;設(shè)備投資少,加工成本低,產(chǎn)品質(zhì)量好。
文檔編號B23K9/02GK1190037SQ9810498
公開日1998年8月12日 申請日期1998年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月11日
發(fā)明者王保東 申請人:王保東