本发明专利技术公开了一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置及使用方法，水射流装置包括机体、喷嘴系统、高压发生系统、压力变送器及计算机，所述机体包括底座、立柱及工作台，所述立柱竖直固定在底座一侧，所述工作台设置于底座上方，所述喷嘴系统通过喷嘴固定台设置在立柱一侧且位于工作台上方，所述喷嘴系统通过管路与高压发生系统连接，所述压力变送器与计算机连接；所述工作台上方设置有表面压力检测组件，所述喷嘴系统的进水端设置有喷嘴入口压力检测组件。该装置通过设置压力检测组件来检测并采集焊接构件所受到的实际水射流冲击压力、喷嘴入口位置的水射流轴心动压及高压发生系统的水射流压力，可根据检测数据及时调整水射流压力。流压力。流压力。
【技术实现步骤摘要】
一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置及使用方法
[0001]本专利技术涉及高压水射流装置
，具体涉及一种基于焊接残余应力调控的高压水射 流装置及使用方法。
技术介绍
[0002]高压水射流是指通过高压水发生装置将水加压至数百个大气压以上，再通过具有细小孔 径的喷射装置转换为高速的微细水射流。高压水射流的速度一般都在一倍马赫数以上，具有 巨大的打击能量，可以完成不同种类的任务。
[0003]近年来，高压水射流技术逐渐被国内外研究学者应用到焊接结构上，用来降低焊接残余 应力，取得了一定的效果。但现有的高压水射流强化装置大多是在传统高压水射流清洗、切 割装置的基础上改进的，缺乏有效的压力测试装置，水射流作用在靶面的冲击压力分布不清 楚，并不能很好地适用于降低焊接残余应力；另外，现阶段的高压水射流装置大多采用高压 软管将高压水射流束输送到喷嘴位置处，喷嘴入口处的实际水射流压力大小同样缺乏有效的 压力测试装置进行测量，且由于流体流动过程中的损失，使得流到喷嘴部位的实际压力与高 压水发生装置产生的水射流压力相比有所降低，不能根据试验需求准确控制水射流压力。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置及使用方法，该装置 通过设置压力检测组件来检测并采集焊接构件所受到的实际水射流冲击压力、喷嘴入口位置 的水射流轴心动压及高压发生系统的水射流压力，可根据检测数据及时调整水射流压力，并 根据检测数据分析水射流在管线输送过程中的损耗情况。
[0005]本专利技术具体采用如下技术方案：
[0006]一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置，包括机体、喷嘴系统、高压发生系统、 压力变送器及计算机，所述机体包括底座、立柱及工作台，所述立柱竖直固定在底座一侧， 所述工作台设置于底座上方，所述喷嘴系统通过喷嘴固定台设置在立柱一侧且位于工作台上 方，所述喷嘴系统通过管路与高压发生系统连接，所述压力变送器设置于底座一侧，所述压 力变送器与计算机连接；
[0007]所述工作台上方设置有表面压力检测组件，所述表面压力检测组件包括从上至下依次叠 放设置的薄膜式压力分布传感器、平衡板、绝缘块、金属电阻应变片，所述薄膜式压力分布 传感器及金属电阻应变片分别通过电线与压力变送器连接；
[0008]所述喷嘴系统的进水端设置有喷嘴入口压力检测组件，所述喷嘴入口压力检测组件包括 皮托管及压差计，所述皮托管的一端伸入喷嘴系统的进水端内部，所述皮托管的另一端连接 压差计，所述压差计固定在喷嘴固定台一侧，所述压差计通过电线与压力变送器连接。
[0009]优选的，所述工作台上表面固定设置有至少3个基座，所述基座呈凹槽形，所述绝
缘块 及金属电阻应变片叠放设置于基座内，所述基座的两侧设置有绝缘外壳，所述绝缘块、金属 电阻应变片、绝缘外壳及基座沿工作台的长度方向设置。
[0010]优选的，所述薄膜式压力分布传感器的表面涂覆硬质金属涂层。
[0011]优选的，所述喷嘴系统包括喷嘴固定筒、喷嘴体、宝石喷嘴、喷管，所述喷嘴固定筒固 定设置于喷嘴固定台上，所述喷嘴固定筒内设置有水射流管，所述喷嘴体包括喷嘴体套筒及 扩流喷嘴，所述扩流喷嘴位于喷嘴体套筒的底端，所述喷嘴体套筒套在喷嘴固定筒内，所述 宝石喷嘴设置于喷嘴体套筒内且位于扩流喷嘴上方，所述喷管固定在扩流喷嘴下方，所述水 射流管、宝石喷嘴、扩流喷嘴及喷管从上至下依次连通。
[0012]优选的，所述宝石喷嘴包括从上至下的锥形段Ⅰ及垂直缩颈段，所述扩流喷嘴包括从上 至下的锥形段Ⅱ、垂直扩流段及锥形段Ⅲ，所述锥形段Ⅰ的直径从上至下逐渐缩小，所述锥 形段Ⅱ及锥形段Ⅲ的直径从上至下逐渐增大，且所述垂直扩流段的直径大于垂直缩颈段的直 径，所述喷管直径与锥形段Ⅲ底端直径相同。
[0013]优选的，所述喷嘴系统还包括喷嘴支架及位置检测系统，所述喷嘴支架的顶端固定设置 于喷嘴固定筒一侧，所述位置检测系统固定设置于喷嘴支架的底端，所述位置校准系统包括 测距传感器及视觉图像检测装置，且测距传感器及视觉图像检测装置均与计算机连接，
[0014]优选的，所述高压发生系统包括通过管路依次连接的水箱、水泵、过滤器、高压泵、稳 压罐及压力表，所述稳压罐的出水端通过管路与喷嘴系统的进水端连接，所述稳压罐的出水 端连接压力表，所述压力表通过电线与压力变送器连接，所述水泵、高压泵均通过电线与驱 动电机连接，所述水泵及高压泵的驱动电机通过电线与计算机连接。
[0015]优选的，所述机体还包括X向滑台、Y向滑台、Z向滑台及分别控制X向滑台、Y向滑台、 Z向滑台滑动的传动电机、传动丝杠、调距块，所述Y向滑台滑动设置于底座上方，所述X 向滑台滑动设置于Y向滑台上方，所述Z向滑台滑动设置于立柱一侧，所述工作台固定设置 于X向滑台上方，所述喷嘴系统通过喷嘴固定台固定于Z向滑台上，所述传动电机通过电线 与计算机连接。
[0016]本专利技术还提供一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置的使用方法，其特征在于， 包括以下步骤：
[0017](1)安装高压水射流装置，并将相应检测部件与计算机连接；
[0018](2)将焊接构件放置于工作台上；
[0019](3)根据焊接构件尺寸及焊缝位置预先设定焊接构件在X向及Y向的运动路线，并计算 焊接构件残余应力消除时所需的理论水射流压力范围；
[0020](4)启动水泵、高压泵的驱动电机及传动电机，计算机根据设定运动路线控制传动电机 带动焊接构件运动，依次对焊接构件的焊缝进行水射流强化，消除残余应力，同时计算机采 集表面压力检测组件检测到的实际水射流压力数据、喷嘴入口压力检测组件检测的压力数据 及高压发生系统的压力表数据，并将实际水射流压力数据与理论水射流压力范围进行对比， 根据对比结果调整实际水射流压力在理论水射流压力范围内；
[0021](5)焊接构件的全部焊缝完成水射流强化作业后，依次关闭高压泵、水泵、稳压罐及传 动电机，当喷嘴系统无高压水射流喷射时取下焊接构件；
[0022](6)分析计算机采集的表面压力检测组件检测到的实际水射流压力数据、喷嘴入
口压力 检测组件检测的压力数据及高压发生系统的压力表数据，得到焊接构件表面受到的实际冲击 压力分布曲线及水射流输送过程中的损耗情况。
[0023]优选的，所述步骤(4)中根据对比结果调整实际水射流压力数据在理论水射流压力范围 内的方法包括：(a)调整高压泵产生的水射流压力使实际水射流压力在理论水射流压力范围 内；(b)调整喷嘴系统与焊接构件之间的距离，使实际水射流压力在理论水射流压力范围内。
[0024]本专利技术具有如下有益效果：
[0025](1)该装置通过高压发生系统及喷嘴系统产生高压水射流对焊接构件进行残余应力消 除，而且可以实现同时测量高压发生系统出口的水射流压力、喷嘴入口位置处的水射流压力 和焊接构件上受到的实际水射流冲击压力，便于根据检测到的水射流压力大小及时调整，使 焊接构件受本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置，其特征在于，包括机体、喷嘴系统、高压发生系统、压力变送器及计算机，所述机体包括底座、立柱及工作台，所述立柱竖直固定在底座一侧，所述工作台设置于底座上方，所述喷嘴系统通过喷嘴固定台设置在立柱一侧且位于工作台上方，所述喷嘴系统通过管路与高压发生系统连接，所述压力变送器设置于底座一侧，所述压力变送器与计算机连接；所述工作台上方设置有表面压力检测组件，所述表面压力检测组件包括从上至下依次叠放设置的薄膜式压力分布传感器、平衡板、绝缘块、金属电阻应变片，所述薄膜式压力分布传感器及金属电阻应变片分别通过电线与压力变送器连接；所述喷嘴系统的进水端设置有喷嘴入口压力检测组件，所述喷嘴入口压力检测组件包括皮托管及压差计，所述皮托管的一端伸入喷嘴系统的进水端内部，所述皮托管的另一端连接压差计，所述压差计固定在喷嘴固定台一侧，所述压差计通过电线与压力变送器连接。2.根据权利要求1所述的一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置，其特征在于，所述工作台上表面固定设置有至少3个基座，所述基座呈凹槽形，所述绝缘块及金属电阻应变片叠放设置于基座内，所述基座的两侧设置有绝缘外壳，所述绝缘块、金属电阻应变片、绝缘外壳及基座沿工作台的长度方向设置。3.根据权利要求1所述的一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置，其特征在于，所述薄膜式压力分布传感器的表面涂覆硬质金属涂层。4.根据权利要求1所述的一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置，其特征在于，所述喷嘴系统包括喷嘴固定筒、喷嘴体、宝石喷嘴、喷管，所述喷嘴固定筒固定设置于喷嘴固定台上，所述喷嘴固定筒内设置有水射流管，所述喷嘴体包括喷嘴体套筒及扩流喷嘴，所述扩流喷嘴位于喷嘴体套筒的底端，所述喷嘴体套筒套在喷嘴固定筒内，所述宝石喷嘴设置于喷嘴体套筒内且位于扩流喷嘴上方，所述喷管固定在扩流喷嘴下方，所述水射流管、宝石喷嘴、扩流喷嘴及喷管从上至下依次连通。5.根据权利要求4所述的一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置，其特征在于，所述宝石喷嘴包括从上至下的锥形段Ⅰ及垂直缩颈段，所述扩流喷嘴包括从上至下的锥形段Ⅱ、垂直扩流段及锥形段Ⅲ，所述锥形段Ⅰ的直径从上至下逐渐缩小，所述锥形段Ⅱ及锥形段Ⅲ的直径从上至下逐渐增大，且所述垂直扩流段的直径大于垂直缩颈段的直径，所述喷管直径与锥形段Ⅲ底端直径相同。6.根据权利要求4所述的一种基于焊接残余应力调控的高压水射流装置，其特征在于，所述喷嘴系统还包括喷嘴支架及位置检测系统，所述喷嘴支架的顶端固定设置于喷嘴固定筒一侧，所述位置检测系统固定设置于喷嘴支架的底...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文春，郑红祥，罗云，张显程，涂善东，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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