[发明专利]一种基于温度梯度对焊接残余应力预测的方法及控制设备

说明书

本发明公开了一种基于温度梯度对焊接残余应力预测的方法及控制设备，其特征是：改变同种金属焊接前及焊后的试件温度，用应变片检测焊接时的应力走向对比焊接试件温度梯度对焊接应力的影响关系，从而控制焊接试件温度梯度来预测金属材料在焊接后的内部应力分布及状态，减少材料焊接后的残余应力，优化构件力学性能，本发明主要由硅碳棒、固定板、导杆、弹簧和应变片组成。本发明的特点是：（1）结构紧凑，适用于研究不同材料的焊接内应力；（2）原理上将焊接残余应力的产生原因由多元化转化为一元化，方便了对焊接残余应力的预测；（3）通过测出的焊接应力与该试样的焊接温度梯度进行对比，预测出焊接温度梯度与应力分布及大小的关系。

技术领域

本发明涉及金属焊接领域,具体为一种基于温度梯度对焊接残余应力预测的方法及控制设备。

背景技术

焊接残余应力是指在焊接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限，以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。焊接残余应力的产生使焊接结构的强度及使用寿命造成很大的影响。在焊接结构的使用过程因焊接残余应力的存在使焊接结构突然的破坏严重影响了结构及设备的使用安全。因此，对于焊接工程中产生的焊接残余应力的预测，对于焊接结构及设备的安全性及可靠性有着非常重要的意义。在焊接时，由于材料的受热不均匀，焊接构件厚度不相等，及焊接结构的相互约束，使焊缝在焊接结束后无法避免的产生焊接残余应力。

在焊接过程中不可能对焊接结构使用小孔法破坏焊接进行对所产生的焊接残余应力进行测量，所以利用相同的焊接材料制成试件焊接进行测量并预测焊接结构所产生的焊接残余应力成为了重要的手段。而不同的焊接热输入功率、焊前预热温度、焊后冷却时间和保温温度对焊接结构所产生的焊接残余应力造成不同的影响，通过单因素的方法标定焊接残余应力并通过实验来模拟焊接结构的温度梯度。通过模拟的温度题度所产生的焊接残余应力来预测焊接结构的焊接残余应力。目前社会对于焊接时内应力预测和控制转置是一个空白，在研究是带来很大的不便利，因此焊接研究方面急需一种基于温度梯度对焊接残余应力预测的方法及控制设备。

发明内容

本发明的目的是提供将焊接残余应力的产生原因由多元化转化为一元化的方法及设备，用于控制焊接焊接前预热温度来预测金属材料在焊接后的内部应力分布及状态，减少材料焊接后的残余应力，优化焊接后的力学性能。实现上述目的，本发明采取以下技术解决方案：

一种基于温度梯度对焊接残余应力预测的方法及控制设备，其特征是：改变同种金属焊接前预热温度及焊后的冷却速度，用应变片检测焊接时的应力走向对比焊接试件温度梯度对焊接应力的的影响关系，从而控制焊接试件温度梯度来预测金属材料在焊接后的内部应力分布及状态，减少材料焊接后的残余应力，优化焊接后的力学性能，本发明由焊接预热模块、应力检测模块、温度控制模块及偏心夹紧模块组成；所述焊接预热模块包括硅碳棒、上固定板、下固定板、导杆及弹簧组成一个自动贴合试件的加热模块，方便应对不同试件，提高加热效率；所述应力检测模块是贴合在试件上的八片应变花来检测焊接中的材料应力变化，当内部应力使试件产生变形时，收集记录数据到应变仪上，方便后续的数据处理；所述温度控制模块是安装在试件内部的热电偶控制温度调节，使试件内外稳定在调节的温度；所述偏心夹紧模块包括压块、压杆、偏心螺杆及螺母，安装且固定试件，方便焊接。具体包括以下步骤：

（1）将试件加工至尺寸要求，测量面用砂纸打磨干净表面露出金属光泽；

（2）在试件测量焊接残余应力上画线确定应变花的粘贴位置；

（3）将试件置于机座上，调整试件对接间隙，拉动偏心螺杆，使压块将两焊接试件压紧在机座上，使焊接试件无法产生位移，将试件两头预焊接五毫米，使试件固定；松开试件偏心螺杆，解除压块对试件的约束；

（4）将八片应变花粘贴在两块试件划线所确定的粘贴位置上，每块试件都贴有四片应变花，且每片应变片与焊接试件的坡口边界距离相等；