焊接殘余應(yīng)力消除方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種焊接殘余應(yīng)力消除方法，其包括以下步驟：步驟1、檢測工件原態(tài)殘余應(yīng)力；步驟2、對工件進(jìn)行振動時效處理；步驟3、對工件進(jìn)行超聲波時效處理；步驟4、對工件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測；步驟5、對測量孔補(bǔ)焊和進(jìn)行無損檢測；步驟6、對工件的表面及幾何參數(shù)進(jìn)行檢測。通過本發(fā)明的運(yùn)用，可以在消除和均勻整體殘余應(yīng)力的同時，又強(qiáng)化工件重要部位。
【專利說明】焊接殘余應(yīng)力消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種焊接殘余應(yīng)力消除方法。
【背景技術(shù)】
[0002]塔架是風(fēng)力機(jī)的重要部件，它要承受風(fēng)輪和機(jī)艙近百噸的重量，并且還承受大風(fēng)對風(fēng)力機(jī)的正壓力和傾覆力矩。為了保證風(fēng)力機(jī)安全可靠的運(yùn)行，塔架的質(zhì)量必須得到保障，而塔架焊縫質(zhì)量和殘余應(yīng)力的消除將是影響塔架質(zhì)量的至關(guān)因素。從目前的風(fēng)力機(jī)發(fā)展趨勢來看，運(yùn)用于海上風(fēng)場的大功率風(fēng)力機(jī)塔架壁厚達(dá)60mm之多，甚至更厚。由于焊接時高度集中的瞬時熱輸入造成焊件局部溫度分布不均勻，導(dǎo)致焊縫微觀組織及焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化，從而造成焊件焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接殘余應(yīng)力。一般而言，在焊接一定厚度范圍內(nèi)的鋼板時，焊接厚度越厚，焊后殘余應(yīng)力值就越大。而殘余應(yīng)力將會影響到焊件的抗腐蝕、抗開裂、抗疲勞等機(jī)械性能以及焊接結(jié)構(gòu)和尺寸，從而直接制約著塔架鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全服役情況。
[0003]如何消除焊接后的殘余應(yīng)力，目前常用的有四種方法:自然時效、熱時效、振動時效和超聲波時效。
[0004]自然時效是最古老的時效方法，其周期長、占地大，因局限性很大不合適現(xiàn)代市場經(jīng)濟(jì)的需求。
[0005]熱時效是一種高溫回火熱處理的過程，但從實(shí)際情況從發(fā)，熱時效不適合用于消除大型風(fēng)力機(jī)塔架的焊后殘余應(yīng)力。因為塔架體積龐大無法整體放入爐中進(jìn)行熱時效處理，并且熱時效處理將會對已機(jī)加工成型的主連接法蘭面和其他結(jié)構(gòu)造成損傷和變形的影響。
[0006]振動時效的原理是給需`時效處理的工件施加一個與工件固有頻率相一致的周期性激振力，使其產(chǎn)生共振,讓工件獲得一定的振動能源,使工件內(nèi)部產(chǎn)生微觀的塑形變形，然后使造成殘余應(yīng)力的金屬歪曲晶格漸漸地恢復(fù)平衡狀態(tài)，從而達(dá)到工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力得以消除和均化。而周期性的激振力是來自具有偏心重塊的電機(jī)部件。通過控制它調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速，使構(gòu)件處于共振狀態(tài)，根據(jù)產(chǎn)品的重量和振動源的能量，一般工藝規(guī)定需經(jīng)過30分鐘左右的振動處理即可達(dá)到消除和均化殘余應(yīng)力的目地。最終防止工件在使用過程中變形和開裂，保證工件尺寸精度的穩(wěn)定性。
[0007]超聲波時效處理的原理是利用大功率超聲波推動沖擊工具以每秒二萬次以上的頻率沖擊金屬物體表面。由于超聲波的高頻、高效和聚焦下的大能量，使金屬表層產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形，同時超聲波改變了原有的應(yīng)力場，產(chǎn)生了一定數(shù)值的壓應(yīng)力，從而提高工件的承受能力。
[0008]由于振動時效不能對焊接處進(jìn)行強(qiáng)化。而超聲波時效只適用于局部，對于塔架等大工件無能為力，單一的時效處理顯然不能在消除均勻整體殘余應(yīng)力的同時，又強(qiáng)化工件重要部位。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)無法既要在消除和均勻整體殘余應(yīng)力的同時，又要對工件重要部位進(jìn)行強(qiáng)化，并保證完工的工件不產(chǎn)生變形的缺陷，提供一種焊接殘余應(yīng)力消除方法。
[0010]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題:
[0011]一種焊接殘余應(yīng)力消除方法，其特點(diǎn)在于，其包括以下步驟:
[0012]步驟1、檢測工件原態(tài)殘余應(yīng)力；
[0013]步驟2、對工件進(jìn)行振動時效處理；
[0014]步驟3、對工件進(jìn)行超聲波時效處理；
[0015]步驟4、對工件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測；
[0016]步驟5、對測量孔補(bǔ)焊和進(jìn)行無損檢測；
[0017]步驟6、對工件的表面及幾何參數(shù)進(jìn)行檢測。
[0018]較佳地，步驟I分為以下步驟:
[0019]步驟1A、選取若干測量點(diǎn)，并清理測量點(diǎn)所處位置；
[0020]步驟1B、在測量點(diǎn)貼應(yīng)變片；
[0021]步驟1C、將應(yīng)變片連接到殘余應(yīng)力檢測儀；
[0022]步驟1D、在應(yīng)變片打孔點(diǎn)打孔；
[0023]步驟1E、得出檢測結(jié)果。
[0024]較佳地，步驟2分為以下步驟:
[0025]步驟2A、根據(jù)工件重量選擇振動源；
[0026]步驟2B、將振動儀的激振器和傳感器安裝在工件兩端；
[0027]步驟2C、連接各導(dǎo)線；
[0028]步驟2D、根據(jù)工件重量選擇振動時間，并對工件進(jìn)行振動時效處理；
[0029]步驟2E、得出振動時效數(shù)據(jù)。
[0030]較佳地，步驟2和步驟3之間包括一步驟S:對工件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測，通過這樣，能夠掌握殘余應(yīng)力狀態(tài)，以便進(jìn)行超聲波時效處理。
[0031]較佳地，步驟3分為以下步驟:
[0032]步驟3A、選擇超聲波振動儀，根據(jù)工件厚度選擇輸出電流；
[0033]步驟3B、對工件進(jìn)行超聲波時效處理。
[0034]較佳地，所述焊接殘余應(yīng)力消除方法應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)塔架。
[0035]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:通過本發(fā)明的運(yùn)用，可以在消除和均勻整體殘余應(yīng)力的同時，又強(qiáng)化工件重要部位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的測量點(diǎn)與激振器安裝示意圖。
[0037]圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的振動電機(jī)安裝示意圖。
[0038]圖3為圖2的D部沿箭頭方向局部投射圖。
[0039]圖4為圖2的D部放大圖。
[0040]圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例的時效槍的工作示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0041]下面舉出較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本發(fā)明。
[0042]本實(shí)施例中，如圖1至圖5所示，I為傳感器，2為激振器，3為測量點(diǎn)，4為焊縫，5為振動源，6為U形夾鉗，7為L形連接板，8為塔筒法蘭，9為時效槍。方法步驟具體如下:
[0043]步驟1、檢測工件原態(tài)殘余應(yīng)力,包括:
[0044]步驟1A、選取若干測量點(diǎn)3，并清理測量點(diǎn)3所處位置。
[0045]選取若干的測量點(diǎn)3，測量點(diǎn)3位置一般選在薄弱部位，對所選點(diǎn)的位置進(jìn)行拋光打磨使之表面光滑，使用無水酒精或丙酮清洗測點(diǎn)附近及應(yīng)變粘貼面，去除油污及灰塵。
[0046]步驟1B、在測量點(diǎn)3貼應(yīng)變片。
[0047]在測量位置薄薄地涂一層快速粘合膠水，并按照選定的粘貼方向?qū)?yīng)變片放置在涂有膠水的位置，迅速使用聚乙烯薄膜覆蓋應(yīng)變片并按壓，擠出氣泡，保證應(yīng)變片粘貼牢固后，將應(yīng)變片引線剝離，并在引線引出的兩個方向粘貼膠帶以作絕緣。
[0048]步驟1C、將應(yīng)變片連接到殘余應(yīng)力檢測儀。
[0049]按殘余應(yīng)力檢測儀操作要求連接各連線。將測量線與應(yīng)變片的引線按照對應(yīng)的角度連接，然后按儀器的使用說明開機(jī)預(yù)熱2-5分鐘，再清零。
[0050]步驟1D、在應(yīng)變片打孔點(diǎn)打孔。
[0051]在應(yīng)變片的打孔點(diǎn)進(jìn)行打孔。要求孔徑為Φ 1.2mm,深1.2~1.5mm或Φ 1.5mm,深 1.5 ~2mm。
[0052]步驟1E、得出檢測結(jié)果。
[0053]等待3~5分鐘數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，打印檢測結(jié)果并做好標(biāo)記。
[0054]步驟2、對工件進(jìn)行振動時效處理，包括:
[0055]步驟2A、根據(jù)工件重量選擇振動源。
[0056]根據(jù)工件的重量，選擇足夠振動能量的振動源。
[0057]步驟2B、將振動儀的激振器2和傳感器I安裝在工件兩端。
[0058]將振動儀的激振器2及傳感器I分別安裝在塔筒的兩端方便固定的部位。
[0059]步驟2C、連接各導(dǎo)線。
[0060]根據(jù)儀器操作說明書連接各條導(dǎo)線。
[0061]步驟2D、根據(jù)工件重量選擇振動時間，并對工件進(jìn)行振動時效處理。
[0062]根據(jù)工件重量設(shè)定時效時間，對工件進(jìn)行振動時效，一般時效時間不少于30分鐘，根據(jù)工件的振動激烈程度可適當(dāng)延長3-5分鐘。
[0063]步驟2E、得出振動時效數(shù)據(jù)。
[0064]時效完成后打印時效數(shù)據(jù)。
[0065]步驟2F、對工件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測。
[0066]在靠近原測試點(diǎn)位置按序號I的方法檢測殘余應(yīng)力，打印檢測結(jié)果并做好標(biāo)記。
[0067]步驟3、對工件進(jìn)行超聲波時效處理，包括:
[0068]步驟3A、選擇超聲波振動儀，根據(jù)工件厚度選擇輸出電流。
[0069]選擇手持式超聲波振動儀，按儀器操作說明連接超聲波時效儀各連線，開機(jī)，并根據(jù)鋼板厚度情況調(diào) 整輸出電流至合適值。[0070]步驟3B、對工件進(jìn)行超聲波時效處理。
[0071]手持時效槍9，將沖擊頭對準(zhǔn)應(yīng)力集中部位需要強(qiáng)化處理的焊縫焊趾及熱影響區(qū)位置做往復(fù)沖擊處理，操作速度控制在400~500mm/分左右，保證強(qiáng)化效果。
[0072]步驟4、對工件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測。
[0073]在靠近原態(tài)及振后測量點(diǎn)位置檢測殘余應(yīng)力，打印檢查結(jié)果并做好標(biāo)記。
[0074]步驟5、對測量孔補(bǔ)焊和進(jìn)行無損檢測
[0075]殘余應(yīng)力測試合格后，對盲孔(測量孔)按焊接工藝要求進(jìn)行補(bǔ)焊和無損檢測。
[0076]步驟6、對工件的表面及幾何參數(shù)進(jìn)行檢測。
[0077]對消除殘余應(yīng)力處理后的表面及法蘭平面度、法蘭圓度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測，要求滿足設(shè)計圖紙要求。
[0078]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。`
【權(quán)利要求】
1.一種焊接殘余應(yīng)力消除方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟1、檢測工件原態(tài)殘余應(yīng)力； 步驟2、對工件進(jìn)行振動時效處理； 步驟3、對工件進(jìn)行超聲波時效處理； 步驟4、對工件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測； 步驟5、對測量孔補(bǔ)焊和進(jìn)行無損檢測； 步驟6、對工件的表面及幾何參數(shù)進(jìn)行檢測。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接殘余應(yīng)力消除方法，其特征在于，步驟I分為以下步驟: 步驟1A、選取若干測量點(diǎn)，并清理測量點(diǎn)所處位置； 步驟1B、在測量點(diǎn)貼應(yīng)變片； 步驟1C、將應(yīng)變片連接到殘余應(yīng)力檢測儀； 步驟1D、在應(yīng)變片打孔點(diǎn)打孔； 步驟1E、得出檢測結(jié)果。
3.如權(quán)利要求1所述的焊接殘余應(yīng)力消除方法，其特征在于，步驟2分為以下步驟: 步驟2A、根據(jù)工件重量選擇振動源；` 步驟2B、將振動儀的激振器和傳感器安裝在工件兩端； 步驟2C、連接各導(dǎo)線； 步驟2D、根據(jù)工件重量選擇振動時間，并對工件進(jìn)行振動時效處理； 步驟2E、得出振動時效數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的焊接殘余應(yīng)力消除方法，其特征在于，步驟2和步驟3之間包括一步驟S:對工件進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測。
5.如權(quán)利要求1所述的焊接殘余應(yīng)力消除方法，其特征在于，步驟3分為以下步驟: 步驟3A、選擇超聲波振動儀，根據(jù)工件厚度選擇輸出電流； 步驟3B、對工件進(jìn)行超聲波時效處理。
6.如權(quán)利要求1-5任意一項所述的焊接殘余應(yīng)力消除方法，其特征在于，所述焊接殘余應(yīng)力消除方法應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)塔架。
【文檔編號】C21D10/00GK103866111SQ201210541646
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月13日
【發(fā)明者】張福林, 郭文輝, 孔亮, 李日勇 申請人:上海泰勝風(fēng)能裝備股份有限公司