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专利号: 2024111406120
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种焊接变形矫正和应力消除方法,其特征在于,其用于对最大变形范围为12~

15mm、材质为奥氏体不锈钢的焊接件进行变形矫正和应力消除;所述变形矫正和应力消除方法包括以下步骤:提供一种焊接变形矫正和应力消除装置;所述焊接变形矫正和应力消除装置包括加载装置(2)、上模具(3)、下模具(4)和至少两个加热块;

所述焊接件安装在相互配合的上模具(3)和下模具(4)之间;多个所述加热块连接在焊接件的上下表面,用于均匀加热焊接件至预设温度;所述加载装置(2)通过在上模具(3)上施加压力以对所述焊接件进行六级梯度的分段加压,所述六级梯度的位移量依次为2.4mm、

2.2mm、2mm、2mm、2mm、1mm,且上模具(3)加压至每一级梯度位移量的时间为1~5min;每一级梯度加压后在0.5~1h内维持该级梯度加压的压力和预设温度进行保压和保温,用于对焊接件进行变形矫正的同时通过蠕变效应对焊接件进行应力松弛;其中,所述预设温度为400~550℃;所述预设温度的升温速率为100~300℃/h;

经过第六级梯度的保压和保温后,所述加热块停止对焊接件进行加热,维持第六级梯度的压力直至焊接件冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的焊接变形矫正和应力消除方法,其特征在于,所述加热块停止对焊接件加热后进行降温时,其降温速率为100~300℃/h,直至降温至室温。

3.一种焊接变形矫正和应力消除装置,其特征在于,其使用如权利要求1至2中任意一项所述的焊接变形矫正和应力消除方法来对焊接件进行变形矫正和应力消除,所述焊接变形矫正和应力消除装置包括加载装置(2)、上模具(3)、下模具(4)和至少两个加热块;

所述加载装置(2)用于带动上模具(3)和下模具(4)合模加压;

所述上模具(3)的加压面和下模具(4)的加压面平行设置,且上模具(3)和下模具(4)的加压面均开设有用于容纳加热块的避空槽;

所述加热块连接在焊接件上,且与避空槽相对应;焊接件处于第一级至第四级的分段加压过程中时,所述加热块逐步进入避空槽内,且与避空槽的内底部有间隙;焊接件处于第五、第六级的分段加压过程中时,所述加热块的一侧与避空槽的内底部接触,另一侧与避空槽的槽口平齐以扩大上模具(3)和下模具(4)的加压面的面积。

4.根据权利要求3所述的焊接变形矫正和应力消除装置,其特征在于,所述加热块包括导热块(5)和加热棒(6);所述导热块(5)连接在焊接件上,且导热块(5)上开设有孔,所述加热棒(6)安装在孔内。

5.根据权利要求4所述的焊接变形矫正和应力消除装置,其特征在于,所述导热块(5)设置有四个,其中两个导热块(5)位于焊接件的上表面,另外两个导热块(5)位于焊接件的下表面,且位于焊接件上下两侧的导热块(5)一一对应设置。

6.根据权利要求5所述的焊接变形矫正和应力消除装置,其特征在于,焊接件上下表面的所述导热块(5)之间共同连接有弹簧,所述弹簧用于使得焊接件上下表面的导热块(5)相互之间拉紧,以使得导热块(5)与焊接件的表面紧密贴合。

7.根据权利要求3所述的焊接变形矫正和应力消除装置,其特征在于,所述焊接变形矫正和应力消除装置还包括两个固定块(7),两个所述固定块(7)分别连接在下模具(4)的两端;两个所述固定块(7)之间通过螺栓对焊接件进行固定。

8.一种从焊接到蠕变全过程的数值模拟方法,其特征在于,其针对如权利要求1至2中任意一项所述的焊接变形矫正和应力消除方法进行数值模拟,所述数值模拟方法包括以下步骤:在焊接过程中采用顺序耦合技术,先进行热分析再进行力学分析,获得焊接应力、应变和变形结果;

采用数据传递技术,将焊接过程中分析的结果导入到蠕变分析模型中进行蠕变分析;

根据蠕变分析模型模拟多级蠕变时效的焊接变形矫正和残余应力松弛的变化情况。

9.根据权利要求8所述的从焊接到蠕变全过程的数值模拟方法,其特征在于,焊接过程中的分析包括以下步骤:建立焊接有限元分析模型,划分出不同层的焊道;设置材料参数,包括不同温度下的弹性模量、泊松比、塑性、热传导率、比热容、密度、热膨胀系数和潜热;定义焊缝为生死单元,按顺序逐层激活焊道;定义散热模型和环境温度;定义边界约束条件和移动热源模型;对模型划分网格,求解结果;

所述数据传递技术用于将焊接的应力、应变、温度和变形量结果作为蠕变分析的初始状态,进行下一环节的变形矫正和应力松弛模拟;

所述蠕变分析包括以下步骤:

建立焊接件与模具之间的接触模型;按照焊接变形矫正和应力消除过程中的每一级位移量、加载时间、应力松弛时间、预设温度、升温速率、降温速率设置相应的仿真参数,赋予焊接件蠕变本构参数。