电磁热效应焊缝裂纹止裂及焊接结构强化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种电磁热效应焊缝裂纹止裂及焊接结构强化装置，所述装置包括升压整流单元、高压储能单元和脉冲放电单元，其中，脉冲放电单元输出的两个端子通过卡具连接焊接结构件。采用瞬间高压脉冲放电的办法实现焊接结构焊缝裂纹止裂及结构强化，通过卡具将电极固定在焊接结构件上，使电极表面与焊接结构表面紧密贴合，并且使正负电极对焊缝形成跨越式，应用数值模拟或理论分析确定放电电压及放电时间等基本参数。电磁热效应焊缝微裂纹止裂及强化，遏制了微裂纹的发展，实现了焊缝附近组织的超细化，去除了焊缝内的残余应力，进而达到焊接结构强化增韧的目的。同时不改变不含裂纹焊接结构基体的组织和性能，具有实施方法简单、瞬间完成、成本低廉和在线强化修复等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊接结构疲劳与断裂
，特别是涉及一种电磁 热效应焊缝裂纹止裂及焊接结构强化装置。技术背景随着科学的进步和工业技术的发展，延长各种类型焊接结构、产品的 服务寿命，提高工作的安全性、可靠性的需求越显迫切。焊接接头是金属 焊接结构件中的薄弱环节，焊接结构的焊接接头是由力学和冶金性能非均 质材料构成，而且还在焊接残余应力直接作用下。 一般裂纹在焊缝内起裂， 然后偏向母材并在其中扩展。由于焊接接头裂纹开裂导致的焊接结构断裂 在实际生产中大量存在，每年带来的经济和社会损失十分巨大，鉴于目前 还没有一项很好的裂纹愈合技术应用到焊接结构中，做到焊接裂纹愈合处 理后不改变材料不含裂纹部分的原有组织结构和基本性能，更没有能同时 实现裂纹止裂，达到组织细化和增韧强化的方法。
技术实现思路
由瞬间脉冲电流产生的金属电磁热效应是一种重要的有发展前景的非 平衡处理技术，本专利技术提供一种电磁热效应焊缝裂纹止裂及焊接结构强化 装置，该装置通过焊接金属的电磁热效应实现焊接构件焊缝中微裂纹的止 裂，遏制了微裂纹和微缺陷的发展，实现了焊缝附近金属组织的超细化， 改善了构件的内部应力状态，实现了强化修复，同时不改变不含裂纹焊接 结构基体的组织和性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是这种电磁热效应焊缝裂 纹止裂及焊接结构强化装置，包括升压整流单元、高压储能单元和脉冲放 电单元，其中，脉冲放电单元输出的两个端子通过卡具连接焊接件。升压整流单元由调压器T1、升压变压器T2、三相整流器、升压整流控 制器组成，调压器T1由三相交流接触器J1、熔断器(RD1—RD3)分别接 入三相交流电源的A、 B、 C相，调压器T1的三相输出分别接入升压变压器T2的三相输入，升压变压器T2的接线组别是Y0/dll;升压变压器T2 的三相输出接入三相整流器的输入，三相整流器的输出通过限流电阻R1接 到高压储能单元。输入到调压器Tl的三相交流电源通过交流接触器Jl的 常开节点控制。升压整流控制器的工作电源接自三相交流电源的A相，经 控制开关K、熔断器RD0控制。交流接触器J1的线圈串接有接地开关Q4 的常闭点、充电开关Q2和零位开关常开点、停充开关Q3的常闭点。交流 接触器Jl的一常开点与充电开关Q2的常开点并联形成自保持。线圈串接 有三相交流电源该设备电路原理，直流充电和控制回路及触发回路参数及 高压脉冲放电电流幅值和放电周期。高压储能单元采用小电流充电方式，三相整流器的输出通过限流电阻 Rl接到高压储能单元。高压储能单元由电容器组CO并联而成，它的两端 并有直流高电压分压器，直流高电压分压器由分压电阻R1、 R2、电压表V 构成。它的两端还并有接地放电回器，接地放电回器由电阻R2、交流接触 器J2的常闭节点串联而成。脉冲放电单元采用瞬间超强脉冲放电的方式，放电开关一端与高压储 能单元相连， 一端与通过卡具与焊接试件相接，实现电极与焊接试件的装 卡，使得待修复的焊缝位于强化装置正负电极之间。流过焊接试件中的强 脉冲电流经测量传感器送到数字存储示波器。放电开关的触发是由触发控 制单元实现的，即应用电磁热效应焊缝裂纹止裂与强化装置实现，利用其 产生的瞬间高压脉冲电流来进行工作的，放电时间在几十个微秒范围内。控制单元元的工作电源引自三相交流电的A相，经二极管D7电阻R5 接到触发变压器T4的原边(14端子)，可控硅SCR串接于触发变压器T4的 原边(15端子)，电容器与触发变压器T4的原边绕组并联。可控硅SCR的 触发脉冲由变压器T3的副边绕组(12、 13端子)、二极管D8构成的半波 整流电路提供，经点火按钮Q5给可控硅SCR的门极提供触发脉冲。本专利技术的有益效果是本专利技术利用电磁热效应放电焊缝裂纹止裂与强 化装置(脉冲电流可以达到140KA)，瞬间(几十个微秒)、短脉冲的超强 电流通过焊接结构，由于电流在焊缝处微裂纹(含微缺陷、微裂纹等)处 的绕流热集中效应，使微缺陷和微裂纹尖端瞬间发生爆炸性汽化，产生高温、高压的等离子，该等离子受到附近金属组织的约束产生瞬间高强度冲 击，冲击焊缝处金属组织，在焊缝处形成高密集、稳定的位错结构，超细 化了微裂纹处的金属组织，使微裂纹尖端钝化，抑制了干线裂纹源的开裂 趋势，提高了裂纹的扩展功，并残留很大的压应力，从而提高了焊接结构 的多种机械性能(强度性能、耐腐蚀性能、抗疲劳性能和强韧性)，进而 达到焊接结构焊缝裂纹止裂及结构强化的目的。同时，该方法具有仅改变 焊缝处微缺陷和微裂纹附近的金属组织，对于焊接结构无缺陷附近的金属组织机械性能几乎没有影响，无缺陷处瞬间温升仅为M MO。c左右。通过卡具将电极装卡在焊接构件上，使电极表面与焊接结构表面紧密贴合，并 且使正负电极对焊缝形成跨越式，采用焊接结构电磁热的原理实现裂纹止 裂及结构强化具有实施方法简单，瞬间完成(放电时间不超过100微秒，充电时间为120秒以内)，本专利技术的处理成本估算仅为焊后整体热处理的 1/7，表面热喷涂的1/25，而且实施方便，成本低廉和在线强化修复等优点， 具有重要的应用推广价值。 附图说明图1是电磁热效应焊缝裂纹止裂及焊接结构强化装置的工作原理框图； 图2是电磁热效应焊缝裂纹止裂及焊接结构强化装置的电路原理图；图3是圆形焊接试件电磁热止裂强化卡具结构图； 图4是低碳钢裂尖温度场云纹图；图5是低碳钢裂纹止裂后裂尖宏观形貌(X80);图6是合金钢止裂后温度场云纹图；图7是合金钢止裂后热压应力场云纹图；图8是合金钢止裂后裂尖形貌(X50);图9是合金钢止裂后裂尖微观形貌(X800);图10是裂纹尖端金属组织的透射电镜形貌(X8000);图11是止裂后试件拉伸应力位移曲线。在图2、图3中，T1 —调压器，T2 —升压变压器，T3 —变压器，T4 — 触发变压器，Jl一交流接触器，RD1—熔断器，CO—电容器组，D1 D6— 三相整流器，l一侧板，2 —外锥套，3—内锥套。具体实施方式电磁热效应焊缝微裂纹止裂与强化装置各组成部分设计1. 直流充电装置当、(4 5)r时，电容器组C0的电压可达到电源电压的98y。，即认为 充电结束。该装置的充电时间不超过两分钟。2. 主放电回路主放电回路由电容器组CO、放电开关KK和负载(试件)电阻^组成。电 容器组CO充电的过程,就是把电网的电能储存到电容器的过程，电容器组CO储存的能量『e =|ce2。 2. 1放电电流幅值为了使放电能量尽量多地消耗在试件上，放电回路连接导线电阻很小， 当电容器组CO储存的能量一定时，提高充电电压、增加电容量是提高放电电 流的幅值的有效方法，但会受到装置的限制。回路电感越大，放电电流幅值 越小，振荡周期越长，对试件中电磁热效应的瞬时功率集中不利，应尽力 科学布线，采取适当的措施，减少回路电感。2. 2影响放电回路电感与电动力的因素布线时要尽量使导线短、距离小，但要对导线进行加固和绝缘处理， 抵抗电动力的破坏作用。2. 3振荡频率/振荡频率和充电电压无关，只取决于回路的结构参数。要提高振荡频率， 必须降低回路电感和电容量，但降低电容量与增加放电能量、提高放电电 流幅值是矛盾的。如果需要调整振荡频率，可通过串接电感来实现。2.4放电电流最大上升速度放电电流的上升速度是影响止裂效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁热效应焊缝裂纹止裂及焊接结构强化装置，其特征是：所述装置包括升压整流单元、高压储能单元和脉冲放电单元，其中，脉冲放电单元输出的两个端子通过卡具连接焊接件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付宇明，吴杰，郑丽娟，白象忠，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]