一种金属件焊接残余应力消除方法

摘要

本发明涉及一种金属件焊接残余应力消除方法，具体方法为金属件焊接后靠近其焊缝的位置固定缓冲垫，在缓冲垫上固定炸药，将金属件、缓冲垫和炸药整体浸没在水中，引爆炸药。本发明所述金属件焊接残余应力消除方法大大提高了对炸药爆炸冲击波能量的利用效率，可有效提高接残余应力的有效作用范围，减少炸药的使用量；在相同炸药药量的情况下，提高了材料整体残余应力的消除效果。

权利要求

1.一种金属件焊接残余应力消除方法，其特征在于，金属件焊接后在靠近其焊缝两侧的位置固定有缓冲垫，在缓冲垫上固定炸药，将金属件、缓冲垫和炸药整体浸没在水中，引爆炸药。

2.根据权利要求1所述金属件焊接残余应力消除方法，其特征在于，所述焊缝呈条形时，所述缓冲垫和所述炸药均呈条形，所述缓冲垫沿所述焊缝的长度方向分布，且其两端延伸至与所述焊缝对应长度方向的两端齐平，所述炸药沿所述缓冲垫的长度方向分布，且其两端延伸至与所述缓冲垫对应长度方向的两端齐平。

3.根据权利要求1所述金属件焊接残余应力消除方法，其特征在于，所述焊缝呈圆形时，所述缓冲垫和所述炸药均呈环形，所述缓冲垫环设在所述焊缝四周，所述炸药固定在所述缓冲垫上且环设在所述缓冲垫四周。

4.根据权利要求1-3任一项所述金属件焊接残余应力消除方法，其特征在于，所述炸药为导爆索。

5.根据权利要求1-3任一项所述金属件焊接残余应力消除方法，其特征在于，所述炸药为高聚物粘结炸药。

6.根据权利要求5所述金属件焊接残余应力消除方法，其特征在于，所述炸药的单位药量V与焊缝宽度W和金属件的屈服强度σY之间的关系为：V＝(0.002-0.005)·W·σY，

其中所述单位药量V的计量单位为g/m，焊缝宽度W的计量单位为mm，金属件的屈服强度σY的计量单位为Mpa。

7.根据权利要求1所述金属件焊接残余应力消除方法，其特征在于，所述缓冲垫的厚度为1-8mm。

8.根据权利要求1所述金属件焊接残余应力消除方法，其特征在于，所述金属件的厚度大于等于20mm。

说明书

一种金属件焊接残余应力消除方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属件的热处理，特别涉及金属件焊接残余应力的消除方法。

背景技术

[0002] 现有技术中通常采用爆炸处理法消除金属件焊接残余应力，爆炸处理法消除金属件焊接残余应力的过程是借助爆炸冲击波的能量使焊接接头附近金属发生局部的塑性变形使应力重分布从而达到消除应力的目的。

[0003] 采用爆炸处理法消除金属件焊接残余应力时，将缓冲垫采用胶水沿焊缝固定在其两侧，炸药采用胶水沿焊缝固定在两个所述缓冲垫上端，引爆炸药后，炸药产生的冲击波作用到焊缝以消除应力。

[0004] 现有技术中的爆炸处理法消除金属件焊接残余应力中，炸药产生爆炸时，炸药向所有方向产生冲击波，而产生的冲击波中仅仅只有爆心下方的冲击波接触并作用于金属件，对炸药爆炸冲击波能量的利用率低，消除焊接残余应力的有效作用范围较窄。

发明内容

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种金属件焊接残余应力消除方法，本发明所述金属件焊接残余应力消除方法可有效提高炸药爆炸冲击波能量利用率，采用的技术方案为：

[0006] 一种金属件焊接残余应力消除方法，金属件焊接后在靠近其焊缝的位置固定缓冲垫，在缓冲垫上固定炸药，将金属件、缓冲垫和炸药整体浸没在水中，引爆炸药。

[0007] 优选地，所述焊缝呈条形时，所述缓冲垫和所述炸药均呈条形，所述缓冲垫沿所述焊缝的长度方向分布，且其两端延伸至与所述焊缝对应长度方向的两端齐平，所述炸药沿所述缓冲垫的长度方向分布，且其两端延伸至与所述缓冲垫对应长度方向的两端齐平。

[0008] 优选地，所述焊缝呈圆形时，所述缓冲垫和所述炸药均呈环形，所述缓冲垫环设在所述焊缝四周，所述炸药固定在所述缓冲垫上且环设在所述缓冲垫四周。

[0009] 优选地，所述炸药为导爆索。

[0010] 优选地，所述炸药为高聚物粘结炸药。

[0011] 优选地，所述炸药的单位药量V与焊缝宽度W和金属件的屈服强度σY之间的关系为：V＝(0.002-0.005)·W·σY，其中所述计量单位V的单位为g/m，焊缝宽度W的计量单位为mm，金属件的屈服强度σY的计量单位为Mpa。

[0012] 优选地，所述缓冲垫的厚度为1-8mm。

[0013] 优选地，所述金属件的厚度大于等于20mm。

[0014] 本发明所述水介质中进行爆炸消除焊接残余应力的方法，大大提高了对炸药爆炸冲击波能量的利用效率，有效提高接残余应力的有效作用范围，减少炸药的使用量；在相同炸药药量的情况下，提高材料整体残余应力的消除效果。

[0015] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

[0016] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0017] 图1为本发明所述实施例1中布药的示意图。

[0018] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

[0019] 以下结合附图1对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

[0020] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0021] 本发明所述金属件焊接残余应力消除方法具体为：将金属件焊缝上端面的两侧分别固定条形的缓冲垫，且所述缓冲垫的两端延伸至与焊缝的两端齐平，在两个缓冲垫上端面分别固定沿焊缝条形的炸药，且所述炸药的两端与焊缝的两端齐平，将金属件、缓冲垫和炸药整体浸没在水中，引爆炸药。

[0022] 炸药在水中爆炸时并向所有方向产生冲击波时，作用在金属件上并使金属件产生塑性变形的冲击波包括三个部分：

[0023] (1)爆炸产生的冲击波直接到达金属件表面，使钢板内部产生一个先行冲击波，使材料发生塑性变形；

[0024] (2)爆炸产生的冲击波向水中扩散，水中冲击波衰减较慢，且传播速度比在金属件内部慢，后面到达的冲击波会使材料发生塑性变形；

[0025] (3)水中扩散的冲击波入射到金属件表面，并在金属件的表面产生反射波，其入射波与反射波合成的马赫波使金属件发生塑性变形。

[0026] 上述三个部分的冲击波均作用在金属件上，提高了对炸药爆炸冲击波能量的利用率，且本发明所述焊接残余应力消除方法同时利用了爆炸产生的三个部分的冲击波，达到相同的应力消除效果时，所需要的炸药的质量更少，提高了安全性。

[0027] 优选地，所述炸药的密度为0.8g/cm3～1.6g/cm3，炸药爆速为3000m/s～7500m/s。

[0028] 炸药的爆破性能与炸药的密度和爆速有关，增大炸药的密度可以提高单位体积炸药的能量密度，同时提高炸药的爆速，不同爆速的炸药在金属件中激起应力波参数不同，通过控制炸药的密度从而保证炸药爆破的稳定性，控制炸药爆速从而控制应力波的应力峰值和应力波与金属件的作用时间，从而提高炸药能量的有效利用率。

[0029] 根据上述金属件焊接残余应力消除方法提出本发明的对比例1、对比例2以及实施例1-10。

[0030] 对比例1

[0031] 采用Q345钢板，所采用的焊接试板长300mm、宽300mm、厚20mm，Q345钢板的屈服强度为345MPa，钢板上开60°X型对称坡口。焊接时，选用E7016焊条，采用双面交替手工焊，形成条形的焊缝。

[0032] 实施例1

[0033] 如图1所示，采用Q345钢板1，所采用的所述钢板1长300mm、宽300mm、厚20mm，开60°X型对称坡口。焊接时，选用E7016焊条，采用双面交替手工焊，形成条形的焊缝。

[0034] 炸药采用中能导爆索，中能导爆索的装药量为9g/m，采用的导爆索的重量为7.2g。

[0035] 在焊缝上端面的两侧固定条形的缓冲垫2，且两个所述缓冲垫2在所述焊缝上端面两侧靠近其的位置对称分布，所述缓冲垫2的两端延伸至与焊缝的两端齐平，在缓冲垫2上端面分别固定沿焊缝导爆索3，且所述导爆索3的两端与焊缝的两端齐平，两个导爆索的质量分别为3.6g，在导爆索3的一端端部连接导爆管雷管，分别在空气中和水中引爆导爆索。

[0036] 实施例2

[0037] 采用Q345钢板，所采用的焊接试板长300mm、宽300mm、厚20mm，开60°X型对称坡口。焊接时，选用E7016焊条，采用双面交替手工焊，形成条形的焊缝。

[0038] 20mm厚的Q345钢板的屈服强度为345MPa，焊缝宽度11.56mm，炸药为以太安为主体的高聚物粘结炸药，密度为1.03g/cm3，炸药的单位药量计算系数取0.002，计算使用炸药的单位药量为7.98g/m，每条炸药药量为2.34g，并分别将两份2.34g的炸药制成宽为2.8mm、厚为2.8mm和长为300mm的药条。

[0039] 在钢板上端面焊缝的两侧分别采用胶水固定厚度为8mm的缓冲垫，且两个所述缓冲垫的两端分别延伸至与焊缝的两端齐平，将两个药条分别采用胶水固定两个所述缓冲垫的上端面，且两个所述药条的两端分别与所述焊缝的两端齐平，分别在空气中和水中引爆炸药。

[0040] 实施例3

[0041] 与实施例2不同的是，炸药的单位药量计算系数取0.0041，计算使用炸药的单位药量为16.35g/m，每条炸药药量为4.94g，并分别将两份4.94g的炸药制成宽为4mm、厚为4mm和长为300mm的药条。

[0042] 实施例4

[0043] 与实施例3不同的是，炸药的单位药量计算系数取0.005，计算使用炸药的单位药量为19.94g/m，每条炸药药量为5.98g，并分别将两份5.98g的炸药制成宽为4.4mm、厚为4.4mm和长为300mm的药条。

[0044] 实施例5

[0045] 与实施例3不同的是，炸药的单位药量计算系数取0.009，计算使用炸药的单位药量为37.08g/m，每条炸药药量为11.13g，并将两份11.13g的炸药制成宽为9mm、厚为4mm和长为300mm的药条。

[0046] 对比例2

[0047] 采用Q345钢板，所采用的焊接试板长300mm、宽300mm、厚60mm，Q345钢板的屈服强度为325MPa，Q345钢板上开60°X型对称坡口。焊接时，选用E7016焊条，采用双面交替手工焊，形成条形的焊缝。

[0048] 实施例6

[0049] 采用Q345钢板，所采用的焊接试板长300mm、宽300mm、厚60mm，开60°X型对称坡口。焊接时，选用E7016焊条，采用双面交替手工焊，形成条形的焊缝。

[0050] 炸药采用中能导爆索，中能导爆索的装药量为9g/m，采用的导爆索的重量为7.2g。

[0051] 如图1所示，在焊缝上端面的两侧固定条形的缓冲垫，且两个所述缓冲垫在所述焊缝上端面两侧靠近其的位置对称分布，所述缓冲垫的两端延伸至与焊缝的两端齐平，在缓冲垫上端面分别固定沿焊缝导爆索，且所述导爆索的两端与焊缝的两端齐平，两个导爆索的质量分别为3.6g，在药条的一端端部连接导爆管雷管，分别在空气中和水中引爆导爆索。

[0052] 实施例7

[0053] 采用Q345钢板，所采用的焊接试板长300mm、宽300mm、厚60mm，开60°X型对称坡口。焊接时，选用E7016焊条，采用双面交替手工焊，形成条形的焊缝。

[0054] 厚度为60mm的Q345钢板的屈服强度为275MPa，炸药为以太安为主体的高聚物粘结炸药，密度为1.03g/cm3，焊缝宽度34.68mm，炸药的单位药量计算系数取0.002，计算使用炸药的单位药量为19.08g/m，每条炸药药量为5.72g，并分别将两份5.72g的炸药制成宽为4.3mm、厚为4.3mm和长为300mm的药条。

[0055] 在钢板上端面焊缝的两侧分别采用胶水固定厚度为8mm的缓冲垫，且两个所述缓冲垫的两端分别延伸至与焊缝的两端齐平，将两个药条分别采用胶水固定两个所述缓冲垫的上端面，且两个所述药条的两端分别与所述焊缝的两端齐平，分别在空气中和水中引爆炸药。

[0056] 实施例8

[0057] 与实施例7不同的是，炸药的单位药量计算系数取0.0039，计算使用炸药的单位药量为37.20g/m，每条炸药药量为11.13g，并分别将两份11.13g的炸药制成宽为9mm、厚为5mm和长为300mm的药条。

[0058] 实施例9

[0059] 与实施例7不同的是，炸药的单位药量计算系数取0.005，计算使用炸药的单位药量为47.69g/m，每条炸药药量为14.31g，并分别将两份14.31g的炸药制成宽为6.8mm、厚为6.8mm和长为300mm的药条。

[0060] 实施例10

[0061] 与实施例7不同的是，炸药的单位药量计算系数取0.0076，计算使用炸药的单位药量为72.1g/m，每条炸药药量为21.63g，并分别将两份11.13g的炸药制成宽为14mm、厚为5mm和长为300mm的药条。

[0062] 爆炸处理后，分别检测对比例1、实施例1-5中钢板焊缝中心以及钢板距离焊缝中心25mm、60mm和90mm处的残余应力如表1所示。

[0063] 表1

[0064]

[0065]

[0066] 其中，表1中“-”表示钢板产生宏观变形，未检测残余应力。

[0067] 爆炸处理后，分别检测对比例2以及实施例6-10中钢板焊缝中心以及钢板距离焊缝中心25mm、60mm和90mm处的残余应力如表2所示。

[0068] 表2

[0069]

[0070] 其中，表2中“-”表示钢板产生宏观变形，未检测残余应力。

[0071] 由表1和2中的数据可以得出以下结论：

[0072] (1)实施例1中，导爆索在水中爆炸处理的钢板比其在空气中爆炸处理钢板的效果提高23.5％～46％，实施例6中，导爆索在水中爆炸处理的钢板比其在空气中爆炸处理钢板的效果提高21.4％～49.5％；

[0073] (2)实施例2和实施例3可以看出，相同质量的炸药在水中爆炸处理比其在空气中爆炸处理的钢板的效果提高19.5％～40.4％，实施例6和实施例8中可以看出，相同质量的炸药在水中爆炸处理比其在空气中爆炸处理的钢板的效果提高20.9％～45.3％；

[0074] (3)实施例3在水中爆炸的炸药处理的钢板效果与实施例5中在空气中爆炸处理的钢板的效果相近，实施例3中水中爆炸的炸药处理的钢板效果在焊缝附近甚至优于实施例5中在空气中爆炸的炸药处理的钢板的效果；

[0075] (4)实施例8在水中爆炸的炸药处理的钢板效果与实施例10中在空气中爆炸处理的钢板的效果相近；

[0076] (5)实施例6中水下导爆索的处理效果较空气中得到了大幅度提升，但实施例6中水下导爆索的处理效果不如实施例1中水下导爆索的处理效果，主要原因是钢板的厚度增加，单条导爆索药量过低。

[0077] 本发明所述水介质中进行爆炸消除焊接残余应力的方法，大大提高了对炸药爆炸冲击波能量的利用效率，可有效提高接残余应力的有效作用范围，减少炸药的使用量；在相同炸药药量的情况下，提高材料整体残余应力的消除效果。

[0078] 本发明所述消除焊接残余应力方法中，爆炸在水中爆炸，提高了安全性；

[0079] 在实际生产中，消除中小型金属件上的焊接应力时，可将缓冲条和炸药固定在金属件上后，再将中小型金属件浸没在水中；消除大型构件的焊接应力时，根据大型构件的厚度和大小调节炸药用量，实施在已经浸水的大型金属件上时，直接在水中布药后引爆炸药，以有效消除浸水物件的焊接残余应力，例如船舶底板、海上钻井平台等的焊接残余应力，扩大了爆炸法消除焊接残余应力的使用范围。

[0080] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。