[发明专利]焊接残余应力消除效果可视变形评价系统

说明书

一、所属领域：

本发明属于材料加工工程，特别涉及焊接残余应力消除效果可视变形评价系统。

二、背景技术

以焊接为主要连接方法的焊接产品中存在的焊接残余应力在此后的使用过程中会逐步释放，这将直接影响焊接产品的尺寸稳定性。所以在焊接完成后，总要设法对焊接产品进行消除应力处理。常用的方法主要有，局部或整体热处理、振动、过载、温差拉伸及锤击等。然而，如何评价消除焊接残余应力的效果，通常采用直接测量残余应力的方法确定，如破坏性截条法、半破坏性的盲孔测定法以及非破坏性的X-射线、磁性和声波法等，但还没有发现基于可视变形的评价方法。

消除焊接残余应力的过程实质，是将焊缝及其附近的拉伸应力区产生一定程度的拉伸塑性应变，从而抵消焊接应力场。如整体和局部高温消除应力处理是利用金属屈服点的降低和保温过程中应力松驰，使拉伸区产生塑性应变的；锤击消除应力分别是用锤击产生的冲击力使残余拉应力区产生拉伸塑性应变；振动消除应力的基本原理可以认为是在振动时产生的交变载荷与残余应力叠加，其拉伸载荷产生拉伸塑性变形，因而残余应力降低。根据塑性变形中体积不可压缩理论，在焊缝及其附近的伸长塑性变形也必然导致在另外一个或两个方向的缩短塑性变形，这些都是本发明研究所注意的可视变形。

三、发明内容

本发明是一种基于可视变形的解决方案，将消除焊接残余应力时产生的可视变形和残余应力联系起来，利用测量可视变形评定焊接残余应力消除效果的新方法。本发明的目的是解决焊接残余应力消除效果的评价问题。消除焊接残余应力必然伴随着变形的产生，所产生的可视变形也必然和内部残余应力存在着一定的联系，它反映着内部应力消除的某种状态。如果建立了这种关系，就可以通过对可视变形的测量，经过一定的计算而获得残余应力的消除效果。

在系统中采用的三种获得基本数据的方法，可以获得可视变形的信息，采用以下的技术方案：

1)超声波法

利用超声波法进行消除残余应力前后的厚度测量，研究消除残余应力处理产生的板厚方向的可视变形，在应力场特征点，测量消除残余应力前后的厚度差的基本量。

2)数值计算法

残余应力的消除过程可以通过粘弹塑性有限元法进行数值模拟分析；其数值计算基于结构分析软件ANSYS模式，利用数值计算分析研究焊接残余应力消除效果和可视变形的关系，并和实验研究结果对比。

3)图像处理法

由于残余应力消除产生的可视变形较小，为了提高测量的精度和评价系统的可靠性，采用激光高精度可视变形检测系统，利用该系统测试焊接构件特征点在消除应力处理前后的相对位置变化，确定可视变形的大小。

本发明不仅对于焊接产品的残余应力消除和无损评价，提高重要焊接结构的可靠性具有重要的意义，而且对于具有残余应力消除问题的材料和结构同样具有参考意义和应用价值。发明有望成为一种有使用价值的产品，形成相关国家标准。

四、附图说明

图1焊接残余应力消除效果评价系统框图。

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明作具体的说明。

图1是表示本发明系统的框图，按照本发明的技术方案，在系统中采用的三种获得基本数据的方法是：

1)超声波法：利用超声波法进行消除残余应力前后的厚度测量，研究消除残余应力处理产生的板厚方向的可视变形。超声波用于测量厚度尺寸已非常成熟，也有很多的相关设备。本发明采用美国泛美25DL高精度超声测厚仪进行高精确、可靠及高重复性良好的厚度测量。在应力场特征点，如焊缝中心等，测量消除残余应力前后的厚度差，这是反映可视变形的基本量。

2)数值计算法

残余应力的消除过程可以通过粘弹塑性有限元法进行数值模拟分析。本发明的数值计算基于结构分析软件ANSYS模式，要充分考虑焊接的特点。利用数值计算分析研究焊接残余应力消除效果和可视变形的关系，并和实验研究结果对比；

3)图像处理法

由于残余应力消除产生的可视变形较小，为了提高测量的精度和评价系统的可靠性，采用激光高精度可视变形检测系统，测试焊接构件特征点在消除应力处理前后的相对位置变化，确定可视变形的大小。

这个残余应力消除效果评价系统的原始数据来源包括三个路径：第一路径是图中“被测构件”是指焊接产品，通过“超声波探测”部分测量消除残余应力前后的板厚变化，测试结果经过“图像数据采集器”变换后进入“消除效果评价”中；第二路径是利用“激光测量系统”测量“焊接产品”某特征点或区域的位置变化，测量结果经“图像数据采集器”输入到“消除效果评价”中；第三路径是采用数值计算得到残余应力消除的效果，数据传入“消除效果评价”中。“消除效果评价”部分经过分析运算得到结果传入“输出设备”，从而完成焊接残余应力消除效果的评价。本发明不仅对于焊接产品的残余应力消除和无损评价，提高重要焊接结构的可靠性具有重要的意义，而且对于具有残余应力消除问题的材料和结构同样具有参考意义和应用价值。本发明有望成为一种有使用价值的产品，形成相关的国家标准。