[发明专利]焊接残余应力消除方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接残余应力消除方法。

背景技术

塔架是风力机的重要部件，它要承受风轮和机舱近百吨的重量，并且还承受大风对风力机的正压力和倾覆力矩。为了保证风力机安全可靠的运行，塔架的质量必须得到保障，而塔架焊缝质量和残余应力的消除将是影响塔架质量的至关因素。从目前的风力机发展趋势来看，运用于海上风场的大功率风力机塔架壁厚达60mm之多，甚至更厚。由于焊接时高度集中的瞬时热输入造成焊件局部温度分布不均匀，导致焊缝微观组织及焊接结构发生较大的变化，从而造成焊件焊后将产生相当大的焊接残余应力。一般而言，在焊接一定厚度范围内的钢板时，焊接厚度越厚，焊后残余应力值就越大。而残余应力将会影响到焊件的抗腐蚀、抗开裂、抗疲劳等机械性能以及焊接结构和尺寸,从而直接制约着塔架钢结构的质量和安全服役情况。

如何消除焊接后的残余应力，目前常用的有四种方法：自然时效、热时效、振动时效和超声波时效。

自然时效是最古老的时效方法，其周期长、占地大，因局限性很大不合适现代市场经济的需求。

热时效是一种高温回火热处理的过程，但从实际情况从发，热时效不适合用于消除大型风力机塔架的焊后残余应力。因为塔架体积庞大无法整体放入炉中进行热时效处理，并且热时效处理将会对已机加工成型的主连接法兰面和其他结构造成损伤和变形的影响。

振动时效的原理是给需时效处理的工件施加一个与工件固有频率相一致的周期性激振力，使其产生共振，让工件获得一定的振动能源，使工件内部产生微观的塑形变形，然后使造成残余应力的金属歪曲晶格渐渐地恢复平衡状态，从而达到工件内部的残余应力得以消除和均化。而周期性的激振力是来自具有偏心重块的电机部件。通过控制它调节其转速，使构件处于共振状态，根据产品的重量和振动源的能量，一般工艺规定需经过30分钟左右的振动处理即可达到消除和均化残余应力的目地。最终防止工件在使用过程中变形和开裂，保证工件尺寸精度的稳定性。

超声波时效处理的原理是利用大功率超声波推动冲击工具以每秒二万次以上的频率冲击金属物体表面。由于超声波的高频、高效和聚焦下的大能量，使金属表层产生较大的压缩塑性变形，同时超声波改变了原有的应力场，产生了一定数值的压应力，从而提高工件的承受能力。

由于振动时效不能对焊接处进行强化。而超声波时效只适用于局部，对于塔架等大工件无能为力，单一的时效处理显然不能在消除均匀整体残余应力的同时，又强化工件重要部位。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术无法既要在消除和均匀整体残余应力的同时，又要对工件重要部位进行强化，并保证完工的工件不产生变形的缺陷，提供一种焊接残余应力消除方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种焊接残余应力消除方法，其特点在于，其包括以下步骤：

步骤1、检测工件原态残余应力；

步骤2、对工件进行振动时效处理；

步骤3、对工件进行超声波时效处理；

步骤4、对工件进行残余应力检测；

步骤5、对测量孔补焊和进行无损检测；

步骤6、对工件的表面及几何参数进行检测。

较佳地，步骤1分为以下步骤：

步骤1A、选取若干测量点，并清理测量点所处位置；

步骤1B、在测量点贴应变片；

步骤1C、将应变片连接到残余应力检测仪；

步骤1D、在应变片打孔点打孔；

步骤1E、得出检测结果。

较佳地，步骤2分为以下步骤：

步骤2A、根据工件重量选择振动源；

步骤2B、将振动仪的激振器和传感器安装在工件两端；

步骤2C、连接各导线；

步骤2D、根据工件重量选择振动时间，并对工件进行振动时效处理；

步骤2E、得出振动时效数据。

较佳地，步骤2和步骤3之间包括一步骤S：对工件进行残余应力检测，通过这样，能够掌握残余应力状态，以便进行超声波时效处理。

较佳地，步骤3分为以下步骤：

步骤3A、选择超声波振动仪，根据工件厚度选择输出电流；

步骤3B、对工件进行超声波时效处理。

较佳地，所述焊接残余应力消除方法应用于风力机塔架。

本发明的积极进步效果在于：通过本发明的运用，可以在消除和均匀整体残余应力的同时，又强化工件重要部位。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的测量点与激振器安装示意图。