一种薄壁管件焊接成型控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种薄壁管件焊接成型控制系统及方法，该系统包括用于薄壁管件焊接成型的焊接工装和用于控制所述焊接工装焊接薄壁管件纵缝质量的质量控制装置；该方法包括步骤：一、焊接工装与待焊接薄壁管件的组装；二、焊接工装的调试；三、质量控制装置的初始化；四、开始待焊接薄壁管件的焊接；五、获取薄壁管件的实时焊接数据；六、判断薄壁管件的实时焊接数据是否异常；七、判断薄壁管件是否存在残次缺陷；八、判断薄壁管件是否变形；九、薄壁管件应力的松弛。本发明专利技术通过焊接工装为待焊接薄壁管件提供稳定的保护气流以及双重的冷却措施，通过质量控制装置实时监测待焊接薄壁管件焊接质量，消除残余应力、提高疲劳寿命和应力腐蚀能力。

Thin wall pipe welding forming control system and method

The invention discloses a thin pipe welding control system and method, the system includes a device used for quality control of welding fixture and welding tooling for controlling the welding quality of the thin-walled tube longitudinal seam molding of thin-walled pipe welding; the method comprises the following steps: assembling, welding fixture and welding tube; two, welding and debugging of tooling; three, quality control device initialization; four, to start welding of thin-walled tube; five, to obtain real-time data of welding tube; six, real-time data judge the welding thin pipe is abnormal; seven, to determine whether there defective thin-walled tube defects; eight, to determine whether the thin-walled tube nine, the thin-walled tube deformation; relaxation stress. The present invention provides protection by welding stability in the air and cooling measures for double loading to be welded thin-walled tube, through the quality control device for real-time monitoring for welding of thin-wall pipe welding quality, reduce the residual stress and improve the fatigue life and stress corrosion ability.

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁管件焊接成型控制系统及方法
本专利技术属于薄壁管件焊接成型
，具体涉及一种薄壁管件焊接成型控制系统及方法。
技术介绍
薄壁金属材料已成为航空航天武器装备结构制造的主要材料,其薄壁结构的焊接变形、焊缝成型和质量控制也因此成为焊接
研究的重点。薄壁构件由于刚性差、强度低、易变形、制造精度低等特点，其外焊接位置外形精度一致性差，焊接过程导热差且不稳定，导致晶粒粗大和焊缝一致性差，对于气体敏感性材料，保护气流不均匀且易紊流，造成焊缝表面污染，产品质量不稳定，焊接应力过大时卸掉焊接工装后发生显著变形，导致结构尺寸偏离设计技术要求,直接影响到构件乃至型号产品的性能质量，需要专用的焊接成型工装或措施保证其对接间隙、错边量和外形精度。焊接残余应力影响工件疲劳强度和疲劳寿命，同时在腐蚀介质中存在应力腐蚀隐患。工程实际中，焊接应力应变测定基本为离线测试，不能在焊接过程实时监测和评价，同时，这对焊接过程应力应变机理研究和因应力应变产生裂纹发生扩展的机理研究未能起到积极贡献。工程实际消除应力的主要方法是焊后热处理，一定程度上损失了工件的使用性能，对温度敏感的稀有金属材料，容易受气体杂质污染，导致接头变脆或耐腐蚀性显著下降，必须采用投资较大的真空热处理炉，同时较大的耗能导致生产成本提高。另外，现有焊接裂纹检测主要采用焊后超声、磁测法、X射线等无损检测方法，需要经历较长时间、繁琐的检验工序且不能提供实时、准确的特征信息。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种薄壁管件焊接成型控制系统，其设计新颖合理，通过焊接工装为待焊接薄壁管件提供稳定的保护气流以及双重的冷却措施，通过质量控制装置实时监测待焊接薄壁管件焊接质量，消除残余应力、提高疲劳寿命和应力腐蚀能力，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：包括用于薄壁管件焊接成型的焊接工装和用于控制所述焊接工装焊接薄壁管件纵缝质量的质量控制装置；所述焊接工装包括用于支撑待焊接薄壁管件的柱体、固定待焊接薄壁管件的夹持板、防止待焊接薄壁管件纵缝氧化的惰性保护气源和用于冷却辅助成型的冷却循环机构，柱体的轴向表面开设有与柱体轴线平行的U型槽，柱体内靠近U型槽的位置处开设有与惰性保护气源连接的盲孔腔体和与冷却循环机构连接的U型冷却介质流动腔体，U型冷却介质流动腔体由两个竖向管腔和连接两个所述竖向管腔的弧形管腔一体加工组成，U型槽与盲孔腔体之间通过钻孔贯通，两个所述竖向管腔位于钻孔的两侧，钻孔内设置有金属丝网，金属丝网上设置有带有通孔的强制成型冷却块，强制成型冷却块位于U型槽内且强制成型冷却块远离金属丝网的一端为弧形面；所述质量控制装置包括控制主机、为薄壁管件提供动态细化晶粒超声波场的超声波发生器以及均与控制主机相接用于评估薄壁管件应力实时数据的残余应力应变评价机构、用于评估薄壁管件变形数据的变形动态测试评价机构和用于监测薄壁管件残次缺陷的声发射实时监测机构，控制主机的输出端接有用于调节薄壁管件应力参数的超声冲击处理仪和振动时效处理仪，超声波发生器由控制主机控制。上述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述夹持板通过紧固件固定在柱体上，所述柱体上位于U型槽的两侧设置有倒T型腔体，所述紧固件包括与倒T型腔体配合且穿过夹持板的螺栓和用于固定螺栓的螺母。上述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述柱体为紫铜圆柱体，所述夹持板为弧形紫铜夹持板，所述弧形紫铜夹持板的内弧度与所述待焊薄壁管件的外弧度相同。上述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述惰性保护气源通过惰性气体传输接管与盲孔腔体连通，所述冷却循环机构通过冷却介质传输接管组件与U型冷却介质流动腔体连通，所述冷却介质传输接管组件由与一个所述竖向管腔连通的冷却介质输出接管和与另一个所述竖向管腔连通的冷却介质回收接管组成。上述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述盲孔腔体和U型冷却介质流动腔体的两个竖向管腔均与U型槽平行。上述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述钻孔的数量为多个，多个钻孔均匀垂直开设在U型槽与盲孔腔体之间，钻孔与U型冷却介质流动腔体的两个竖向管腔均垂直。同时，本专利技术还公开了一种方法步骤简单、设计合理、可在焊接过程中对应力应变采集，获取应力应变产生裂纹，发生扩展的机理的薄壁管件焊接成型的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、焊接工装与待焊接薄壁管件的组装：首先，清洁待焊接薄壁管件待焊接位置表面，并控制待焊接薄壁管件与焊接工装的对接间隙、错边量和外形精度；然后，选配金属丝网、强制成型冷却块和惰性保护气源；最后，将待焊接薄壁管件通过夹持板固定在柱体上，采用紧固件将夹持板与柱体紧固；所述柱体上位于U型槽的两侧设置有倒T型腔体，所述紧固件包括与倒T型腔体配合且穿过夹持板的螺栓和用于固定螺栓的螺母；步骤二、焊接工装的调试：首先，打开惰性保护气源，调节惰性保护气源的流速，使惰性保护气源均匀为待焊接薄壁管件提供气体保护；然后，启动冷却循环机构，调节冷却介质的循环流速，使冷却循环机构持续为待焊接薄壁管件提供冷却；步骤三、质量控制装置的初始化：首先，启动控制主机控制超声波发生器为待焊接薄壁管件提供动态细化晶粒超声波场；然后，初始化残余应力应变评价机构、变形动态测试评价机构和声发射实时监测机构；步骤四、开始待焊接薄壁管件的焊接：采用激光焊接的方式对待焊接薄壁管件进行焊接；步骤五、获取薄壁管件的实时焊接数据：通过残余应力应变评价机构实时评估薄壁管件应力实时数据，通过变形动态测试评价机构实时评估薄壁管件变形数据，通过声发射实时监测机构实时监测薄壁管件的残次缺陷；步骤六、判断薄壁管件的实时焊接数据是否异常：控制主机中提前预存薄壁管件应力数据阈值和薄壁管件变形数据阈值，当残余应力应变评价机构、变形动态测试评价机构、声发射实时监测机构获取的薄壁管件的实时焊接数据均正常时，薄壁管件焊接正常；当残余应力应变评价机构、变形动态测试评价机构或声发射实时监测机构获取的数据中任意一个超界或异常时，说明薄壁管件的实时焊接数据异常，执行步骤七；步骤七、判断薄壁管件是否存在残次缺陷：控制主机获取声发射实时监测机构实时传输的数据，当声发射实时监测机构监测到薄壁管件的残次缺陷时，对薄壁管件进行返修或报废；当声发射实时监测机构未监测到薄壁管件的残次缺陷时，执行步骤八；步骤八、判断薄壁管件是否变形：控制主机获取变形动态测试评价机构实时传输的数据，当变形动态测试评价机构监测到薄壁管件的变形数据超过薄壁管件变形数据阈值时，对薄壁管件进行校形或报废；当变形动态测试评价机构监测薄壁管件的变形数据未超过薄壁管件变形数据阈值时，说明残余应力应变评价机构获取的薄壁管件应力超过薄壁管件应力数据阈值，执行步骤九；步骤九、薄壁管件应力的松弛：通过控制主机控制振动时效处理仪对薄壁管件整体进行应力松弛；或通过控制主机控制超声冲击处理仪对薄壁管件应力超标的关键位置进行应力松弛；或通过控制主机先控制振动时效处理仪对薄壁管件整体进行应力松弛，再控制超声冲击处理仪对薄壁管件应力超标的关键位置进行应力松弛；实现薄壁管件应力的松弛后循环步骤五。上述的方法，其特征在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：包括用于薄壁管件焊接成型的焊接工装和用于控制所述焊接工装焊接薄壁管件纵缝质量的质量控制装置；所述焊接工装包括用于支撑待焊接薄壁管件的柱体(1)、固定待焊接薄壁管件的夹持板(2)、防止待焊接薄壁管件纵缝氧化的惰性保护气源(4)和用于冷却辅助成型的冷却循环机构(6)，柱体(1)的轴向表面开设有与柱体(1)轴线平行的U型槽(10)，柱体(1)内靠近U型槽(10)的位置处开设有与惰性保护气源(4)连接的盲孔腔体(11)和与冷却循环机构(6)连接的U型冷却介质流动腔体(8)，U型冷却介质流动腔体(8)由两个竖向管腔和连接两个所述竖向管腔的弧形管腔一体加工组成，U型槽(10)与盲孔腔体(11)之间通过钻孔(9)贯通，两个所述竖向管腔位于钻孔(9)的两侧，钻孔(9)内设置有金属丝网(10‑2)，金属丝网(10‑2)上设置有带有通孔的强制成型冷却块(10‑1)，强制成型冷却块(10‑1)位于U型槽(10)内且强制成型冷却块(10‑1)远离金属丝网(10‑2)的一端为弧形面；所述质量控制装置包括控制主机(13)、为薄壁管件提供动态细化晶粒超声波场的超声波发生器(15)以及均与控制主机(13)相接用于评估薄壁管件应力实时数据的残余应力应变评价机构(16)、用于评估薄壁管件变形数据的变形动态测试评价机构(17)和用于监测薄壁管件残次缺陷的声发射实时监测机构(18)，控制主机(13)的输出端接有用于调节薄壁管件应力参数的超声冲击处理仪(19)和振动时效处理仪(20)，超声波发生器(15)由控制主机(13)控制。...

【技术特征摘要】
1.一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：包括用于薄壁管件焊接成型的焊接工装和用于控制所述焊接工装焊接薄壁管件纵缝质量的质量控制装置；所述焊接工装包括用于支撑待焊接薄壁管件的柱体(1)、固定待焊接薄壁管件的夹持板(2)、防止待焊接薄壁管件纵缝氧化的惰性保护气源(4)和用于冷却辅助成型的冷却循环机构(6)，柱体(1)的轴向表面开设有与柱体(1)轴线平行的U型槽(10)，柱体(1)内靠近U型槽(10)的位置处开设有与惰性保护气源(4)连接的盲孔腔体(11)和与冷却循环机构(6)连接的U型冷却介质流动腔体(8)，U型冷却介质流动腔体(8)由两个竖向管腔和连接两个所述竖向管腔的弧形管腔一体加工组成，U型槽(10)与盲孔腔体(11)之间通过钻孔(9)贯通，两个所述竖向管腔位于钻孔(9)的两侧，钻孔(9)内设置有金属丝网(10-2)，金属丝网(10-2)上设置有带有通孔的强制成型冷却块(10-1)，强制成型冷却块(10-1)位于U型槽(10)内且强制成型冷却块(10-1)远离金属丝网(10-2)的一端为弧形面；所述质量控制装置包括控制主机(13)、为薄壁管件提供动态细化晶粒超声波场的超声波发生器(15)以及均与控制主机(13)相接用于评估薄壁管件应力实时数据的残余应力应变评价机构(16)、用于评估薄壁管件变形数据的变形动态测试评价机构(17)和用于监测薄壁管件残次缺陷的声发射实时监测机构(18)，控制主机(13)的输出端接有用于调节薄壁管件应力参数的超声冲击处理仪(19)和振动时效处理仪(20)，超声波发生器(15)由控制主机(13)控制。2.按照权利要求1所述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述夹持板(2)通过紧固件固定在柱体(1)上，所述柱体(1)上位于U型槽(10)的两侧设置有倒T型腔体(12)，所述紧固件包括与倒T型腔体(12)配合且穿过夹持板(2)的螺栓(3-2)和用于固定螺栓(3-2)的螺母(3-1)。3.按照权利要求1所述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述柱体(1)为紫铜圆柱体，所述夹持板(2)为弧形紫铜夹持板，所述弧形紫铜夹持板的内弧度与所述待焊薄壁管件的外弧度相同。4.按照权利要求1所述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述惰性保护气源(4)通过惰性气体传输接管(5)与盲孔腔体(11)连通，所述冷却循环机构(6)通过冷却介质传输接管组件(7)与U型冷却介质流动腔体(8)连通，所述冷却介质传输接管组件(7)由与一个所述竖向管腔连通的冷却介质输出接管和与另一个所述竖向管腔连通的冷却介质回收接管组成。5.按照权利要求1所述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述盲孔腔体(11)和U型冷却介质流动腔体(8)的两个竖向管腔均与U型槽(10)平行。6.按照权利要求1所述的一种薄壁管件焊接成型控制系统，其特征在于：所述钻孔(9)的数量为多个，多个钻孔(9)均匀垂直开设在U型槽(10)与盲孔腔体(11)之间，钻孔(9)与U型冷却介质流动腔体(8)的两个竖向管腔均垂直。7.一种利用如权利要求1所述系统进行薄壁管件焊接成型控制的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、焊接工装与待焊接薄壁管件的组装：首先，清洁待焊接薄壁管件待焊接位置表面，并控制待焊接薄壁管件与焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，叶建林，郗大来，赵益辉，金跃峰，付维军，
申请(专利权)人：西安优耐特容器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61