一种焊后残余应力和变形的调控装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术首先提供了一种焊后残余应力和变形的调控装置，包括支撑平台及矫形装置，其中：支撑平台，包括工作台和可调整所述工作台位置的X向调整机构和Y向调整机构，焊接件放置在所述工作台上；矫形装置，包括机械矫形机构和可调整所述矫形机构与所述焊接件焊缝相对位置的Z向调整机构。本发明专利技术进一步提供了应用所述调控装置进行焊后残应力和变形的调控方法。本发明专利技术提供一种焊后残余应力和变形的调控装置及方法，对焊缝进行焊后机械矫形，保证焊缝成型质量的同时，又能保证较高的生产效率和较低的生产成本。的生产成本。的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种焊后残余应力和变形的调控装置及方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，尤其是一种焊后残余应力和变形的调控装置及方法。

技术介绍

[0002]焊接残余应力是普通存在于焊接结构中的一种现象。其分布规律为，在焊缝区域为较高数值的抗应力，在焊缝周围区域为压应力，在距离焊缝较远处接近于0。对于厚大板材或型材，由于结构刚度大、焊接拘束度大，焊缝区域焊后残余拉应力通常可达超过材料屈服强度的水平，严重影响材料和结构服役性能；对于较薄的板材和型材，结构自身刚度小，在焊缝周围区域压应力作用下材料会发生失稳变形，影响结构尺寸精度。
[0003]采取合理的工艺措施，可以达到控制焊后残余应力、降低焊后残余变形的效果。常用的残余应力和变形的调控方法可分为3类，分别为焊前预防、随焊控制、焊后校正。焊前预防手段主要包括反变形法和预置应力法，随焊控制手段包括随焊激冷法、随焊锤击法、随焊碾压法等，焊后调校手段包括火焰矫形法、热时效法等。对于焊前预防类措施，可以一定程度上控制焊后变形，但不能降低焊后残余应力；对于随焊控制类措施，设备装置较为复杂，对材料结构尺寸亦有较多限制，且机械的冲击可能影响电弧稳定性、造成熔池飞溅，影响焊缝成形质量。相比之下，焊后校正类方法能够同时调控焊后残余应力和残余变形，不影响焊缝成型质量，设备装置相对简单，在工业生产中应用更为广泛。但现有的焊后校正类方法亦有一定局限性：热时效法和火焰矫形法生产效率低、能源消耗大，大幅提高了生产成本。
[0004]针对焊接残余应力和残余变形对产品服役性能和加工制造精度产生的不利影响，亟需开发能够有效调控焊接应力和变形的方法及装置，且既能保证焊缝成型质量，又能保证较高的生产效率和较低的生产成本，有效解决车体制造领域焊接残余应力和变形调控的生产问题，提高车体生产制造水平。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种焊后残余应力和变形的调控装置及方法，对焊缝进行焊后机械矫形，保证焊缝成型质量的同时，又能保证较高的生产效率和较低的生产成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术首先提供了一种焊后残余应力和变形的调控装置，其技术方案是：
[0007]一种焊后残余应力和变形的调控装置，包括支撑平台及矫形装置，其中：
[0008]支撑平台，包括工作台和可调整所述工作台位置的X向调整机构和Y向调整机构，焊接件放置在所述工作台上；
[0009]矫形装置，包括机械矫形机构和可调整所述矫形机构与所述焊接件焊缝相对位置的Z向调整机构。
[0010]进一步的，所述矫形机构包括旋转挤压杆和冲击杆，所述旋转挤压杆和冲击杆被同一动力装置驱动，分别对所述焊接件的焊缝施加Z向机械冲击力和旋转挤压力。
[0011]进一步的，动力齿轮与所述动力装置的输出轴固定，摆杆一端与所述冲击杆连接，另一端与传动齿轮组连接并，所述传动齿轮组中的输入齿轮与所述动车齿轮啮合，所述摆杆在所述传动齿轮组的带动下，实现升降运动，对焊缝持续施加冲击力。
[0012]进一步的，摆杆轴承与所述输入齿轮的输出轴倾斜固定，摆杆设置在所述摆杆轴承的滑槽内，所述输入齿轮带动摆杆轴承运动，使摆杆沿所滑槽直线升降。
[0013]进一步的，所述摆杆通过活塞与所述冲击杆连接。
[0014]进一步的，所述传动齿轮组还包括输出齿轮，旋转轴齿轮与所述输出齿轮啮合，所述旋转挤压杆与所述旋转轴齿轮的输出轴固定。
[0015]进一步的，加热装置设置在所述工作台处，包括分设在所述焊缝两侧的加热带以及控制所述加热带加热温度的温度传感器和温度控制箱。
[0016]根据本专利技术的专利技术目的，本专利技术进一步提供了一种焊后残余应力和变形的调控方法，采用如下技术方案：
[0017]一种焊后残余应力和变形的调控方法，焊接件放置在工作台上，通过X向调整机构和Y向调整机构，调整焊接件的焊缝与矫形装置的旋转挤压杆和冲击杆相对，通过Z向调整机构使旋转挤压杆与焊缝压合，工作台上的加热装置对焊缝区域加热到预定温度区间后，所述冲击杆匀速对焊缝施加Z向冲击力，使其发生充分的塑性变形，降低降余应力和变形，再利用放置挤压杆对已经受Z向冲击力的焊缝施加Z向旋转挤压力，使焊缝塑性变形均匀化，达到焊缝应力分布均匀，提高成形质量。
[0018]进一步的，所述预定温度为焊接材料的最佳加热温度区间，依据材料高温力学曲线选取。
[0019]进一步的，根据材料高温力学曲线，选择材料强度相对较低、延伸率相对较高的温度区间，所述温度区间避开材料屈服强度过低及材料脆性的温度范围。
[0020]进一步的，所述工作台在X向调整机构或Y向调整机构的带动下匀速运动，使所述矫形装置对整条焊缝进行调控操作，且所述冲击杆在焊缝上的相邻冲击点中，有40％
‑
60％的重合。
[0021]综上所述，本专利技术提供的一种焊后残余应力和变形的调控装置和方法，与现有技术相比，具有如下优势：
[0022]1.利用包括两组陶瓷加热带的加热装置对焊缝附近区域加热至一定温度，然后利用包括冲击杆和旋转挤压杆在内的冲击挤压装置对焊缝处分别施加冲击力和挤压力，使焊缝金属产生塑性流动，即可达到控制焊后残余应力和残余变形的效果；
[0023]2.相比于传统热时效法，所需加热温度、保温时间大幅降低，所需加热温度比热时效法低100℃至200℃，保温时间约为热时效法1/20，生产效率大幅提高，能源消耗大幅降低；
[0024]3.相比于传统的焊后锤击法，处理后的焊接工件残余应力分布更加均匀，且材料微观组织和力学性能不发生恶化，疲劳强度和疲劳寿命均得到一定程度提高；
[0025]4.相比于传统的碾压法，对设备压力吨位要求大幅降低，所需设备压力吨位约为碾压法的1/5至1/10，大幅降低生产成本；
[0026]5.相比于随焊控制类方法，设备装置得到简化，对焊缝成形和焊接质量无不良影响；
[0027]6.装置结构较为简单、制造成本低、操作简便易行，可用于多种材质焊后的消应力、防变形处理工艺；
[0028]7.进行机械矫形时，冲击杆在前，旋转挤压杆在后，冲击杆先作用于焊缝，主要起消除焊缝残余应力和残余变形的作用，旋转挤压杆后作用于焊缝，主要起到均匀化焊缝区应力场、提高焊接接头疲劳强度的作用。
附图说明：
[0029]图1：本专利技术提供的一种焊后残余应力和变形的调控装置结构示意图；
[0030]图2：本专利技术提供的一种焊后残余应力和变形的调控装置中支撑平台结构示意图；
[0031]图3：本专利技术提供的一种焊后残余应力和变形的调控装置中Z向调整机构结构示意图；
[0032]图4：本专利技术提供的一种焊后残余应力和变形的调控装置矫形装置结构示意图(无Z向调整机构)；
[0033]图5：本专利技术提供的一种焊后残余应力和变形的调控装置中冲击杆与焊缝作用状态示意图；
[0034]图6：本专利技术提供的一种焊后残余应力和变形的调控装置中旋转挤压杆与焊缝作用状态示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊后残余应力和变形的调控装置，其特征在于：包括支撑平台及矫形装置，其中，支撑平台，包括工作台和可调整所述工作台位置的X向调整机构和Y向调整机构，焊接件放置在所述工作台上；矫形装置，包括机械矫形机构和可调整所述矫形机构与所述焊接件焊缝相对位置的Z向调整机构。2.如权利要求1所述的一种焊后残余应力和变形的调控装置，其特征在于：所述矫形机构包括旋转挤压杆和冲击杆，所述旋转挤压杆和冲击杆被同一动力装置驱动，分别对所述焊接件的焊缝施加Z向机械冲击力和旋转挤压力。3.如权利要求2所述的一种焊后残余应力和变形的调控装置，其特征在于：动力齿轮与所述动力装置的输出轴固定，摆杆一端与所述冲击杆连接，另一端与传动齿轮组连接并，所述传动齿轮组中的输入齿轮与所述动车齿轮啮合，所述摆杆在所述传动齿轮组的带动下，实现升降运动，对焊缝持续施加冲击力。4.如权利要求3所述的一种焊后残余应力和变形的调控装置，其特征在于：摆杆轴承与所述输入齿轮的输出轴倾斜固定，摆杆设置在所述摆杆轴承的滑槽内，所述输入齿轮带动摆杆轴承运动，使摆杆沿所滑槽直线升降。5.如权利要求3所述的一种焊后残余应力和变形的调控装置，其特征在于：所述摆杆通过活塞与所述冲击杆连接。6.如权利要求3所述的一种焊后残余应力和变形的调控装置，其特征在于：所述传动齿轮组还包括输出齿轮，旋转轴齿轮与所述输出齿轮啮合，所述旋转挤压杆与所述旋转轴齿轮的输出轴固定。7.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建，张风东，方喜风，陈树青，郭强军，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：