[发明专利]基于高能超声处理的焊接变形控制方法

说明书

本发明具体涉及一种基于高能超声处理的焊接变形控制方法，包括如下步骤：(1)布置超声波换能器于工件待焊接部位适当位置、(2)连接超声波换能器与超声电源、(3)设置超声处理参数、(4)焊接工件、(5)超声处理：在焊缝金属凝固后接头尚处于高温状态，启动超声电源驱动超声波换能器，将超声能量注入到工件焊接接头及其热影响区，到设定的处理时间后停止工作。本发明方法不改变产品现有焊接工艺和流程，设备简单、工艺简洁，只需调节超声频率、功率和处理时间三个参数即可实现焊接变形的有效控制，同时可以消除应力集中，降低并均匀化应力分布。

技术领域

本发明涉及一种焊接变形控制方法，具体涉及一种在焊接过程中对焊缝金属凝固后尚处于高温状态的焊接接头及其附近区域施加高能超声以控制和减小甚至消除焊接变形的方法，属于焊接技术领域。

背景技术

焊接是一种局部、不均匀的加热及冷却过程，导致工件焊后不可避免的会产生焊接变形。尤其对于高强薄壁结构件，材料强度越高、厚度越薄，焊接残余应力大、变形越严重。在实际生产中，焊接变形降低产品形位尺寸精度，甚至改变焊件形状，成为影响产品质量的主要因素，严重的甚至导致产品报废；此外，焊接变形产生的焊缝错边、接头过渡不连续等，会引起应力集中，降低焊接结构承载能力甚至引起接头开裂。在工件的使用过程中，焊接变形会降低焊件静载强度、疲劳强度、刚度等，严重的会导致疲劳破坏、失稳、接头开裂等。因此，减小或消除焊接变形非常重要，在实际生产中有广泛需求，也是学术和工程领域广泛研究的热点。

实际生产中，往往要求焊接变形的控制方法满足以下条件：①不影响产品现有焊接工艺、工装设备、生产流程及节拍(至少不能进行大幅调整和更改)；②能有效控制并减小变形，均匀化接头残余应力分布，消除应力集中；③不对产品产生压痕和变形等二次损伤，能实现无损处理；④对于热处理时效强化材料，变形控制过程中产生的热作用不能超过材料热处理时效温度，避免接头及母材性能退化；⑤易于生产现场使用，针对不同焊接结构的焊接变形控制处理应具有充分的灵活性和针对性。

随着技术发展和实际需要的增多，多种焊接变形控制方法得以开发和应用，总结起来包括焊前预防、焊接过程控制、焊后校形三大类，实际生产中广泛应用的、具有代表性的有反变形法、刚性固定法、机械冲击(锤击)、超声冲击、局部加热及振动时效等。对照实际生产中焊接变形控制方法要满足的上述条件，产品在实现了定型生产后，其焊接生产工艺、装备及流程已经通过评定及固定，要在焊前及焊接过程中通过改变焊接方法来控制焊接变形势必会大幅调整和更改焊接工艺、工装设备和工艺流程，成本高代价大，不切实际。对于焊后校形方法，要达到较好的校形效果，热处理方法必须加热到一定温度并保温一段时间，对于热处理强化的材料，加热温度一般都需超过材料的时效温度，会降低材料性能，且工艺复杂，控制不当反而易导致新的变形，影响产品质量，不适合薄壁焊接结构的校形处理；冲击以及锤击等机械校形方法在室温条件进行，对于强度较高的材料，简单的校形处理效果差，若采用大幅度的锤击或冲击易导致薄壁构件损伤，甚至在表层产生微裂纹；对于随焊碾压、锤击或冲击法，设备庞大、可达性差，实际生产中较难应用；振动时效适合大型构件的整体校形处理，而对于法兰结构这种局部焊接变形无法适用,即无法对局部焊接结构进行有选择性和针对性处理，灵活性欠佳。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种焊接变形控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

(1)布置超声波换能器

在超声波换能器端部的激励头上均匀涂抹耦合剂，利用压紧工装将换能器压紧在待焊接工件上或将换能器嵌入焊接工装，且超声波换能器距离待焊接工件焊缝中心10-30mm，超声波换能器布置数量根据焊缝长度和换能器大小沿焊缝长度方向均匀分布；

(2)连接超声波换能器

利用多通道超声电源通过超声传输线缆连接超声波换能器；

(3)设置超声处理参数