[发明专利]一种机械焊接应力消除的实验方法

说明书

本发明涉及一种机械焊接应力消除的实验方法。其技术方案是：包括高压供液系统、铁砂喷射生成系统、铁砂喷射控制系统、铁砂回收系统和支架系统，水箱中的液体水经过净化系统处理后被高压泵增压，并通过压力调节阀和高压管输送至铁砂喷射生成系统；所述铁砂喷射生成系统包括铁砂罐、液压马达、铁砂喷射器、混料罐、节流阀和铁砂出料阀，铁砂与高压水在混料罐内形成高压铁砂两相流，进入铁砂喷射器，铁砂喷射器下侧的喷头对准工件进行喷射。有益效果是：本发明采用高压水射流与铁砂配合的方法，其中，高压水携带铁砂同时对工件表面进行喷射，其携带的巨大冲击压应力在工件表层产生足够的塑性变形，可使工件的应力的疲劳强度提高90%。

技术领域

本发明涉及一种机械实验系统，特别涉及一种机械焊接应力消除的实验方法。

背景技术

在机械生产中，焊接作为一种常用的以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料制造工艺及技术，广泛应用在机械加工中。当焊件在焊接过程中，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；这样，焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力，焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因，而焊接残余应力又是产生裂纹和变形的主要因素。因此在设备投产使用前降低焊接残余应力是极有必要的，目前，消除焊接残余应力的方法有：热处理、锤击、振动法和预载法等。

其中，1、热处理消除法 ：焊后热处理是一种消除焊接残余应力常用的方法。工程上我们主要用退火处理，火温度越高、保温时间越长，消除焊接残余应力的效果就越好。但是温度过高，使工件表面氧化比较严重，组织可能发生转变，影响工件的使用性能，存在弊端。蠕变应力松弛理论为热处理消除焊接残余应力提供了另一条思路，工件在较低温度时会发生蠕变，材料内部的残余应力会因应力松弛而得到释放，只要保温时间足够长，理论上残余应力可完全消除。在低温消除焊接残余应力时，材料的组织和性能变化甚微，几乎不影响材料的使用性能，而且低温处理材料表面的氧化和脱碳也比较小，这就可以在材料的力学性能和组织基本不变的情况下达到降低材料焊接残余应力的目的。

2、锤击消除法：焊后采用带小圆头面的手锤锤击焊缝及近缝区，使焊缝及近缝区的金属得到延展变形，用来补偿或抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，使焊接残余应力降低。锤击时要掌握好打击力量，保持均匀、适度，避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。另外，焊后要及时锤击，除打底层不宜采用锤击外，其余焊完每一层或每一道都要进行锤击，锤击铸铁时要避开石墨膨胀温度。

3、振动消除法：振动消除法是利用由偏心轮和变速马达组成的激振器，使焊接结构发生共振所产生的循环应力来降低内应力的。如截面为30mm×50mm一侧堆焊的试件，经过σ max＝128N/mm2 和σmin＝ 5.6N/mm2多次应力循环后，残余应力的变化情况。当变载荷达到一定数值，经过多次循环加载后，焊接结构中的残余应力逐渐降低。这种方法所用的设备简单，处理成本低，时间比较短，没有高温回火给金属表面造成的氧化问题，目前在施工中广泛使用。

4、预载消除法：残余应力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整，例如对压力容器可以采用水压试验，也可以在焊缝两侧局部加热到200℃，造成一个温度场，使焊缝区得到拉伸，以减小和消除焊接残余应力。焊接残余应力的消除和调整应采取合理的焊接顺序，先进的焊接工艺，焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，在焊接的每一个环节都减小残余应力，大大提高材料的使用寿命和性能，在工程施工上具有重要的意义。

中国专利文献公开号为CN103805760A，专利名称为《一种利用高压水射流消除焊接残余应力的方法》，该发明采用喷嘴喷出高压的水射流束在焊缝上移动，调整水射流束的轴心动压为220~700MPa；并保持喷嘴出水口与焊缝间距5~10mm，水射流束垂直于工件表面沿焊接轨迹自焊缝往复移动4~8次，强化应力消除效果。该发明采用的方法操作简便，可以快速的消除焊接后焊接处残余的应力，但是存在的问题是需要的时间较长，而且需要前期清理和振动等多个步骤。