一種優(yōu)化焊縫組織和性能的分層超聲沖擊處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種優(yōu)化電弧焊焊縫組織和性能的分層超聲沖擊處理方法，包括以下步驟：首先進行焊接前的準備工作，對焊縫坡口內(nèi)的母材使用酒精進行清洗，去除機械加工附著的油污，清洗后用吹風機吹干；進行第1層焊道的焊接，焊接完第1層焊道后，使用鐵絲刷去除焊渣；待第1層焊道冷卻到500度以下至室溫時使用超聲沖擊設備對第1層焊道進行超聲沖擊；超聲沖擊完第1層焊道后，使用鐵絲刷去除超聲沖擊過程引起的夾渣；重復步驟上述過程，直至焊接完整個焊縫。本發(fā)明的一種優(yōu)化焊縫組織和性能的分層超聲沖擊處理方法，在多層多道焊焊接過程中，對焊縫進行分層超聲沖擊，優(yōu)化焊縫內(nèi)部的力學性能。
【專利說明】
一種優(yōu)化焊縫組織和性能的分層超聲沖擊處理方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及優(yōu)化焊縫組織和性能的分層超聲沖擊處理方法，屬于焊接領域。
【背景技術】
[0002] 在焊接條件下焊縫組織通常以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心生長，當熱焊縫輸入過大 容易形成粗大的柱狀晶。尤其在多層多道焊焊接過程中，焊縫經(jīng)歷多次焊接熱循環(huán)過程，容 易導致焊縫內(nèi)部組織惡化和力學性能下降。
[0003] 超聲沖擊是一種較為理想的焊后處理方法，焊后超聲沖擊的原理是通過沖擊針高 速撞擊焊接接頭表面使其發(fā)生塑性變形，并形成一定厚度的殘余壓應力層。該方法操作方 便、沖擊效果顯著，并可以用于多種接頭形式。目前關于焊縫超聲沖擊不同沖擊工藝的研究 有很多其主要的工藝方法有：
[0004] 1)焊后焊縫焊趾部位超聲沖擊。該方法是焊后對焊縫焊趾部位進行超聲沖擊，通 過增大焊趾過度半徑來降低應力集中，提高接頭的疲勞性能。但是該工藝方法主要是針對 改善焊縫表面形態(tài)來提高接頭性能，該方法沒有提及對焊縫內(nèi)部組織和力學性能的優(yōu)化。
[0005] 2)焊后焊縫表面超聲沖擊。該方法主要是通過超聲沖擊在焊縫表面產(chǎn)生塑性變形 和殘余壓應力層。但是該方法產(chǎn)生的塑性變形層仍需要打磨來降低粗糙度，對焊縫內(nèi)部組 織的細化也只有100μπι左右，深度非常有限。
[0006] 3)隨焊超聲沖擊。該方法是在焊接過程中對熔池后方一定距離的焊縫背面進行超 聲沖擊，該方法無法改變焊縫組織形態(tài)，而且該方法對設備要求較高，需要專門的裝置，現(xiàn) 場施工比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種優(yōu)化焊縫組織和性 能的分層超聲沖擊處理方法，在多層多道焊焊接過程中，對焊縫進行分層超聲沖擊，優(yōu)化焊 縫內(nèi)部的力學性能。
[0008] 技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明的一種優(yōu)化焊縫組織和性能的分層超聲 沖擊處理方法，包括以下步驟：
[0009] (1 )、焊接前準備：首先進行焊接前的準備工作，對焊縫坡口內(nèi)的母材使用酒精進 行清洗，去除機械加工附著的油污，清洗后用吹風機吹干；
[0010] (2)、分層超聲沖擊前準備:進行第1層焊道的焊接，焊接完第1層焊道后，使用鐵絲 刷去除焊渣；
[0011] (3)、分層超聲沖擊:待第1層焊道冷卻到500度以下至室溫時使用超聲沖擊設備對 第1層焊道進行超聲沖擊；
[0012] (4)、分層超聲沖擊后焊縫表面處理:超聲沖擊完第1層焊道后，使用鐵絲刷去除超 聲沖擊過程引起的夾渣；
[0013] (5)、重復步驟(2)-(4)，直至焊接完整個焊縫。
[0014] 作為優(yōu)選，所述步驟(3)中超聲沖擊頻率為20KHZ，超聲沖擊強度為10s/cm2,所述 超聲沖擊裝置的沖擊針頭為直徑4mm的半球形，沖擊針頭的硬度不低于940HV，沖擊針個數(shù) 為4~6個。
[0015] 作為優(yōu)選，所述步驟（3)中超聲沖擊沿焊接方向進行，沖擊覆蓋率為100% - 200% 〇
[0016] 在本發(fā)明中，主要是利用超聲沖擊裝置，所述的超聲沖及裝置主要包括超聲波頻 率電源、內(nèi)置換能器的超聲沖擊槍和沖擊針，通過超聲波發(fā)生器將工頻電流轉變?yōu)?0KHz的 超聲頻交流電，用以激勵聲學系統(tǒng)的換能器，換能器將電能轉換為相同頻率的機械振動，沖 擊焊縫。超聲沖擊后焊層表面產(chǎn)生一定深度的強化層，該強化層晶粒得到細化，并存在一定 深度的殘余壓縮應力層。后續(xù)焊道在超聲沖擊后的焊層上焊接，超聲沖擊層的存在改變了 后續(xù)焊道的一次凝固結晶過程，使焊縫組織發(fā)生轉變，力學性能得到優(yōu)化。該發(fā)明適用于多 種形式的熔化焊焊接過程。
[0017] 有益效果:一種優(yōu)化熔化焊焊縫組織和性能的分層超聲沖擊處理方法，具有以下 優(yōu)點：
[0018] 1、本發(fā)明可細化焊縫內(nèi)部晶粒，使平均面積0.05mm2焊縫柱狀晶區(qū)的柱狀晶，轉變 為平均面積為0.0006mm 2的等軸晶；
[0019] 2、本發(fā)明可優(yōu)化厚板多層多道焊焊縫內(nèi)部組織，使焊縫組織由粗大的柱狀晶轉變 為細小的等軸晶，優(yōu)化深度可達到整個焊縫厚度；
[0020] 3、本發(fā)明優(yōu)化焊縫內(nèi)部的力學性能，使焊縫沖擊性能提高5 %及以上。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明實施例對焊縫進行分層超聲沖擊示意圖，其中（a)打底焊焊接示意 圖，（b)對第一層焊層進行超聲沖擊示意圖，（c)超聲沖擊后繼續(xù)進行焊接示意圖，（d)對第 二層焊縫進行超聲沖擊示意圖，（e)對焊縫的最后焊層進行超聲沖擊示意圖；
[0022] 圖2是生長在沒有經(jīng)過超聲沖擊上的柱狀晶組織；
[0023] 圖3是生長在經(jīng)過超聲沖擊層上的等軸晶組織。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步的描述：
[0025] 本實施例進行A、B兩個試件的二氧化碳氣保護焊接，試件A為無超聲沖擊焊件，試 件B為采用分層超聲沖擊方法處理的焊件。試件A和試件B均為55mm厚Q345鋼板，焊縫坡口角 度60度，焊接方法為二氧化碳氣體保護焊，試件A和B在同一焊接參數(shù)下進行焊接。試件A作 為對比試驗，焊接工藝及參數(shù)均與分層超聲沖沖擊試驗B-致。如圖1所示，該工藝具體步驟 如下：
[0026] 第一步:焊接前的準備工作:對試件A和試件B焊縫坡口內(nèi)的母材使用酒精進行清 洗，去除機械加工附著的油污，清洗后用吹風機吹干；
[0027]第二步:焊接工作:選擇合理的焊接工藝參數(shù)(焊接電壓、焊接電流、保護氣流量） 進行試件A和試件B第一層焊道的焊接；
[0028]第三部:分層超聲沖擊前的準備工作：分層超聲沖擊試件B在焊接完第1層焊道之 后，用鐵絲刷去除焊縫表面的焊渣，待焊縫冷卻至500度以下至室溫；
[0029] 第四步:分層超聲沖擊實施工藝:使用JSKD-D型超聲沖擊設備對試件B的第1層焊 道均勻的進行超聲沖擊，沖擊槍重量為5Kg，沖擊針直徑為4mm，4個沖擊針，超聲沖擊強度為 10s/cm 2，超聲頻率20KHz，超聲沖擊覆蓋率為200 %，沖擊槍垂直于焊道，并在沖擊槍自重的 作用下（5Kg)進行超聲沖擊，選擇高硬質合金作為沖擊針頭(硬度不低于900HV)，以獲得沖 擊效果較好的沖擊層，超聲沖擊過程中，沖擊針要基本垂直于被沖擊焊層表面，略施壓力， 但是基本在自重作用下進行超聲沖擊；
[0030] 第五步:第一層焊道超聲沖擊結束后焊接第2層焊道，以同樣的超聲沖擊參數(shù)對第 2層焊縫進行超聲沖擊。重復"焊接一超聲沖擊一焊接"這個過程，直至焊縫填滿，完成整個 焊縫的分層超聲沖擊過程。
[0031] 效果評定:將無超聲沖擊焊縫A和分層超聲沖擊焊縫B切割金相樣，并在A、B焊縫內(nèi) 部同一位置分別切割制成夏比V形缺口沖擊試樣，進行0度沖擊試驗。通過對比無超聲沖擊 焊縫A和分層超聲沖擊焊縫B內(nèi)部微觀組織和沖擊韌性，來分析本發(fā)明工藝的優(yōu)越性。
[0032] 如圖2所示，無超聲沖擊焊縫A內(nèi)部組織為粗大的柱狀晶1形態(tài)，經(jīng)分層超聲沖擊 后，生長在沖擊層上焊道內(nèi)部組織轉變?yōu)榧毿〉牡容S晶2形態(tài)，如圖3所示。如表1所示，焊縫 經(jīng)分層超聲沖擊后，焊縫B的沖擊吸收功經(jīng)分層超聲沖擊后提高了 13.4%。
[0033] 表 1
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種優(yōu)化電弧焊焊縫組織和性能的分層超聲沖擊處理方法，其特征在于，包括以下 步驟： (1) 、首先進行焊接前的準備工作，對焊縫破口內(nèi)的母材使用酒精進行清洗，去除機械 加工附著的油污，清洗后用吹風機吹干； (2) 、進行第1層焊道的焊接，焊接完第1層焊道后，使用鐵絲刷去除焊渣； (3) 、待第1層焊道冷卻到500度以下至室溫時使用超聲沖擊設備對第1層焊道進行超聲 沖擊； (4) 、超聲沖擊完第1層焊道后，使用鐵絲刷去除超聲沖擊過程引起的夾渣； (5) 、重復步驟(2)-(4)，直至焊接完整個焊縫。2. 根據(jù)權利要求1所述的優(yōu)化焊縫組織和性能的分層超聲沖擊處理方法，其特征在于： 所述步驟(3)中超聲沖擊頻率為20KHz，超聲沖擊強度為10s/cm2,所述超聲沖擊裝置的沖擊 針頭為半球形，直徑為4mm，沖擊針頭硬度不低于900HV，沖擊針個數(shù)為4~6個。3. 根據(jù)權利要求1所述的優(yōu)化焊縫組織和性能的分層超聲沖擊處理方法，其特征在于： 所述步驟(3)中超聲沖擊過程沿焊接方向進行，沖擊覆蓋率為100 % -200 %。
【文檔編號】B23K9/16GK106041268SQ201610490184
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】劉川, 葛慶磊, 陳東俊, 楊嘉偉, 鄒家生, 許祥平
【申請人】江蘇科技大學