一種消除金屬球殼赤道焊縫殘余應(yīng)力的液壓消應(yīng)方法
【專(zhuān)利摘要】一種消除金屬球殼赤道焊縫殘余應(yīng)力的液壓消應(yīng)方法，將金屬球殼放入壓力筒內(nèi)并對(duì)壓力筒實(shí)施密封，向壓力筒內(nèi)注滿(mǎn)水，通過(guò)壓力泵并以1～5MPa為一個(gè)壓力升高區(qū)段向壓力筒內(nèi)增壓，每增壓一個(gè)壓力升高區(qū)段后要保壓3～10min，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于設(shè)計(jì)工作壓力pw為止，之后以1～5MPa為一個(gè)壓力降低區(qū)段向壓力筒內(nèi)減壓，每減壓一個(gè)壓力降低區(qū)段后要保壓3～10min，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于0，完成第一次pw的增壓加載和減壓卸載過(guò)程；同理完成第二次消除殘余應(yīng)力的壓力P的增壓加載和減壓卸載過(guò)程，液壓消應(yīng)方法所用的設(shè)備簡(jiǎn)單，方法操作容易，成本較低，省時(shí)省力，可與焊接構(gòu)件最終的壓力試驗(yàn)驗(yàn)收一起進(jìn)行。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種消除金屬球殼赤道焊縫殘余應(yīng)力的液壓消應(yīng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)力消除【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及到一種消除金屬球殼赤道焊縫殘余應(yīng)力的液壓消應(yīng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)合圖1，金屬球殼比如鈦及鈦合金球殼由上半球殼和下半球殼通過(guò)赤道焊縫被組焊為整體，上半球殼和下半球殼通過(guò)沖壓制備，經(jīng)精加工后通過(guò)赤道線(xiàn)將上半球殼和下半球殼組焊在一起，焊接過(guò)程中由于不均勻加熱的溫度梯度造成赤道焊接區(qū)冷卻收縮而產(chǎn)生熱應(yīng)力，同時(shí)在冷卻過(guò)程中組織的轉(zhuǎn)變引起的體積變化造成了組織應(yīng)力，由于赤道焊接區(qū)體積變化受阻，即使溫度回到原始的均勻狀態(tài)以后，其內(nèi)應(yīng)力仍然殘留在結(jié)構(gòu)中，因而產(chǎn)生赤道焊縫殘余應(yīng)力，該赤道焊縫殘余應(yīng)力的存在會(huì)降低赤道焊接區(qū)的金屬塑性和抗疲勞強(qiáng)度，對(duì)鈦及鈦合金球的性能影響較大。
[0003]消除赤道焊縫殘余應(yīng)力的方法常用的有熱處理、振動(dòng)時(shí)效、超聲沖擊、機(jī)械錘擊等，但均存在一定的局限性:
[0004]一、熱處理消應(yīng)屬熱加工過(guò)程，由于鈦及鈦合金彈性模量較低約為鋼的1/2，所以鈦及鈦合金焊接件易受熱變形，精加工后受尺寸精度限制很難采用熱處理消應(yīng)；
[0005]二、超聲沖擊消應(yīng)厚度小，必須在焊后的每一道次都進(jìn)行，焊接效率較低；
[0006]三、錘擊消應(yīng)在工藝上較難控制，而且構(gòu)件表面質(zhì)量較差，噪音大，精加工后焊接的構(gòu)件受表面質(zhì)量要求，不宜采用。另外該方法消應(yīng)厚度小，須在焊后的每一道次都進(jìn)行，焊接效率較低；
[0007] 四、振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)可將焊接殘余應(yīng)力均勻化，并將應(yīng)力峰值轉(zhuǎn)移至熱影響區(qū)，但整體應(yīng)力消除能力有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種消除金屬球殼赤道焊縫殘余應(yīng)力的液壓消應(yīng)方法，該方法可以省時(shí)、省力的有效消除金屬球殼尤其是鈦及鈦合金球殼赤道焊縫的殘余應(yīng)力，方法簡(jiǎn)單有效，適用于承受外壓且由金屬制作的潛水器類(lèi)檢驗(yàn)。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種消除金屬球殼赤道焊縫殘余應(yīng)力的液壓消應(yīng)方法，金屬球殼由體積相等的上半球殼和下半球殼通過(guò)赤道焊縫組焊而成，所述赤道焊縫的殘余應(yīng)力0!￡通過(guò)盲孔法測(cè)出；該液壓消應(yīng)方法使用到大于金屬球殼直徑的壓力筒，壓力筒內(nèi)使用的試驗(yàn)介質(zhì)為水，水壓通過(guò)壓力泵向壓力筒內(nèi)實(shí)施增壓或是減壓，壓力值通過(guò)壓力表來(lái)檢測(cè)，給定技術(shù)球殼的設(shè)計(jì)工作壓力為Pw，則金屬球殼赤道焊縫能夠消除殘余應(yīng)力的壓力P設(shè)定范圍是:L Ipw ( P
<1.5pw，如果所述赤道焊縫在1.1pwS P < 1.5pwT進(jìn)行液壓消應(yīng)，表明所述赤道焊縫的殘余應(yīng)力能夠得到有效消除，反之所述赤道焊縫的殘余應(yīng)力沒(méi)有得到有效消除，本發(fā)明的特征是:[0011]將金屬球殼放入壓力筒內(nèi)并對(duì)壓力筒實(shí)施密封，向壓力筒內(nèi)注滿(mǎn)水，通過(guò)壓力泵并以I~5MPa為一個(gè)壓力升高區(qū)段向壓力筒內(nèi)增壓，每增壓一個(gè)壓力升高區(qū)段后要保壓3~lOmin，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于pw為止；之后以I~5MPa為一個(gè)壓力降低區(qū)段向壓力筒內(nèi)減壓，每減壓一個(gè)壓力降低區(qū)段后要保壓3~lOmin，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于0，完成第一次pw的增壓加載和減壓卸載過(guò)程；
[0012]當(dāng)?shù)谝淮蝡w的增壓加載和減壓卸載過(guò)程完成后，以1.1pwS P < 1.5pw為目標(biāo)值并以I~5MPa為一個(gè)壓力升高區(qū)段向壓力筒內(nèi)增壓，每增壓一個(gè)壓力升高區(qū)段后要保壓3~IOmin,依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于P為止；之后以I~5MPa為一個(gè)壓力降低區(qū)段向壓力筒內(nèi)減壓，每減壓一個(gè)壓力降低區(qū)段后要保壓3~lOmin，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于0，完成第二次P的增壓加載和減壓卸載過(guò)程；
[0013]當(dāng)?shù)诙蜳的增壓加載和減壓卸載過(guò)程完成后，將金屬球殼從壓力筒內(nèi)取出，通過(guò)盲孔法測(cè)出所述赤道焊縫的殘余應(yīng)力為σ，σ < σχ。和
[0014]所述殘余應(yīng)力σ或?yàn)槌嗟篮缚p的最大殘余應(yīng)力，或?yàn)槌嗟篮缚p中心的殘余應(yīng)力，或?yàn)槌嗟篮缚p熱影響區(qū)的殘余應(yīng)力。
[0015]由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下積極效果:
[0016]1.液壓消應(yīng)方法可以在精加工后焊接的焊接構(gòu)件上實(shí)施，避免了熱處理消應(yīng)、錘擊消應(yīng)等方法對(duì)精加工后焊接構(gòu)件的尺寸精度、表面質(zhì)量的影響。
[0017]2.液壓 消應(yīng)方法僅在焊縫全部焊完后實(shí)施，焊接過(guò)程中則不需要消應(yīng)，大大提高了焊接效率。
[0018]3.液壓消應(yīng)方法整體消應(yīng)效果好，對(duì)焊縫中心、熔合線(xiàn)、熱影響區(qū)等區(qū)域部位均有明顯的消應(yīng)效果。
[0019]4.液壓消應(yīng)方法所用的設(shè)備簡(jiǎn)單，方法操作簡(jiǎn)單，成本較低，省時(shí)省力，可以與焊接構(gòu)件最終的壓力試驗(yàn)驗(yàn)收一起進(jìn)行。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是金屬球殼的焊接結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖。
[0021]圖2是液壓消應(yīng)前后的殘余應(yīng)力分布曲線(xiàn)。
[0022]圖1中:1-上半球殼；2_赤道焊縫；3_下半球殼。
【具體實(shí)施方式】
[0023]通過(guò)下面的實(shí)施例可以更詳細(xì)的解釋本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于鈦及鈦合金球殼，更適用于其它金屬球殼，公開(kāi)本發(fā)明的目的旨在保護(hù)本發(fā)明范圍內(nèi)的一切變化和改進(jìn)。
[0024]如Ti80鈦合金球殼，該球殼內(nèi)徑為Φ300πιπι、厚度為8mm，球殼由上半球殼和下半球殼精加工后圍繞赤道環(huán)縫焊接而成，如圖1所示。
[0025]通過(guò)盲孔法測(cè)出該球殼赤道焊縫的殘余應(yīng)力σ x分布如下:
[0026]1、赤道焊縫的最大殘余應(yīng)力σ χ1 = 314.9MPa ；
[0027]2、赤道焊縫中心的殘余應(yīng)力σχ2 = 272.8MPa ；
[0028]3、赤道焊縫熱影響區(qū)的殘余應(yīng)力σ χ3 = 246.3MPa。
[0029]給定該球殼的設(shè)計(jì)工作壓力為pw = 51.3MPa，按安全系數(shù)1.5計(jì)能夠消除該球殼赤道焊縫殘余應(yīng)力的壓力P設(shè)定范圍是:1.15pw≤P < 1.5pw，選取目標(biāo)值P = 1.34pw進(jìn)行液壓消應(yīng)試驗(yàn)。
[0030]將該球殼放入壓力筒內(nèi)并對(duì)壓力筒實(shí)施密封，向壓力筒內(nèi)注滿(mǎn)水，通過(guò)壓力泵并以4MPa為一個(gè)壓力升高區(qū)段向壓力筒內(nèi)增壓，每增壓一個(gè)壓力升高區(qū)段后要保壓5min，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于Pw = 51.3MPa為止；之后以4MPa為一個(gè)壓力降低區(qū)段向壓力筒內(nèi)減壓，每減壓一個(gè)壓力降低區(qū)段后要保壓5min，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于0，完成第一次pw的增壓加載和減壓卸載過(guò)程。
[0031]當(dāng)?shù)谝淮?？￥的增力加載和減力卸載過(guò)程完成后，以P = 1.34pw為目標(biāo)值并以4MPa為一個(gè)壓力升高區(qū)段向壓力筒內(nèi)增壓，每增壓一個(gè)壓力升高區(qū)段后要保壓5min，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于P為止；之后以4MPa為一個(gè)壓力降低區(qū)段向壓力筒內(nèi)減壓，每減壓一個(gè)壓力降低區(qū)段后要保壓5min，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于0，完成第二次P的增壓加載和減壓卸載過(guò)程。
[0032]當(dāng)?shù)诙蜳的增壓加載和減壓卸載過(guò)程完成后，將鈦及鈦合金球殼從壓力筒內(nèi)取出，通過(guò)盲孔法測(cè)出所述赤道焊縫的殘余應(yīng)力為σ i = 176.4MPa，σ i < σ xl下降44% ; σ 2=115.0MPa, σ 2 < σ χ2 下降 57.8% ; σ 3 = 77.0MPa, σ 3 < σ χ3 下降 68.7%。
[0033]結(jié)合圖2，橫向坐標(biāo)的“ 5 ”為赤道焊縫的最大殘余應(yīng)位置，橫向坐標(biāo)的“ O ”為赤道焊縫中心的殘余應(yīng)力位置，橫向坐標(biāo)的“10”為赤道焊縫熱影響區(qū)的殘余應(yīng)力位置，其它橫向坐標(biāo)為母材位置,縱向坐標(biāo)為殘余應(yīng)力值。
[0034]以上可見(jiàn)，通過(guò)本發(fā)明的液壓消應(yīng)方法，Τ?80鈦合金Φ300mm球殼在赤道焊縫殘余應(yīng)力的液壓消應(yīng)效果非常明顯。
【權(quán)利要求】
1.一種消除金屬球殼赤道焊縫殘余應(yīng)力的液壓消應(yīng)方法，金屬球殼由體積相等的上半球殼和下半球殼通過(guò)赤道焊縫組焊而成，所述赤道焊縫的殘余應(yīng)力0!￡通過(guò)盲孔法測(cè)出；該液壓消應(yīng)方法使用到大于金屬球殼直徑的壓力筒，壓力筒內(nèi)使用的試驗(yàn)介質(zhì)為水，水壓通過(guò)壓力泵向壓力筒內(nèi)實(shí)施增壓或是減壓，壓力值通過(guò)壓力表來(lái)檢測(cè)，給定技術(shù)球殼的設(shè)計(jì)工作壓力為Pw，則金屬球殼赤道焊縫能夠消除殘余應(yīng)力的壓力P設(shè)定范圍是:L Ipw ( P<1.5pw，如果所述赤道焊縫在1.1pwS P < 1.5pwT進(jìn)行液壓消應(yīng)，表明所述赤道焊縫的殘余應(yīng)力能夠得到有效消除，反之所述赤道焊縫的殘余應(yīng)力沒(méi)有得到有效消除，其特征是: 將金屬球殼放入壓力筒內(nèi)并對(duì)壓力筒實(shí)施密封，向壓力筒內(nèi)注滿(mǎn)水，通過(guò)壓力泵并以1~5MPa為一個(gè)壓力升高區(qū)段向壓力筒內(nèi)增壓，每增壓一個(gè)壓力升高區(qū)段后要保壓3~10min，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于pw為止；之后以I~5MPa為一個(gè)壓力降低區(qū)段向壓力筒內(nèi)減壓，每減壓一個(gè)壓力降低區(qū)段后要保壓3~lOmin，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于0，完成第一次pw的增壓加載和減壓卸載過(guò)程； 當(dāng)?shù)谝淮蜳w的增壓加載和減壓卸載過(guò)程完成后，以1.1pw < P < 1.5pw為目標(biāo)值并以I~5MPa為一個(gè)壓力升高區(qū)段向壓力筒內(nèi)增壓，每增壓一個(gè)壓力升高區(qū)段后要保壓3~IOmin,依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于P為止；之后以I~5MPa為一個(gè)壓力降低區(qū)段向壓力筒內(nèi)減壓，每減壓一個(gè)壓力降低區(qū)段后要保壓3~lOmin，依此類(lèi)推直至壓力筒內(nèi)的壓力等于0，完成第二次P的增壓加載和減壓卸載過(guò)程； 當(dāng)?shù)诙蜳的增壓加載和減壓卸載過(guò)程完成后，將金屬球殼從壓力筒內(nèi)取出，通過(guò)盲孔法測(cè)出所述赤道焊縫的殘余應(yīng)力為σ，σ < σχ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種消除金屬球殼赤道焊縫殘余應(yīng)力的液壓消應(yīng)方法，其特征是:所述殘余應(yīng)力σ或?yàn)槌嗟篮缚p的最大殘余應(yīng)力，或?yàn)槌嗟篮缚p中心的殘余應(yīng)力，或?yàn)槌嗟篮缚p熱影響區(qū)的殘余應(yīng)力。
【文檔編號(hào)】B23K37/00GK104014951SQ201410211767
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】呂逸帆, 劉希林, 馮凱杰 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所