本發(fā)明涉及焊接殘余應(yīng)力調(diào)控，尤其涉及一種熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、焊接作為一種機(jī)械加工領(lǐng)域常見的加工方式具有廣泛的應(yīng)用，尤其應(yīng)用于鍋爐結(jié)構(gòu)，然而，由于金屬管道焊接后不可避免的產(chǎn)生不均勻分布的殘余應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致焊縫處變形甚至開裂，會(huì)嚴(yán)重影響構(gòu)件后續(xù)使用過程中的穩(wěn)定性、力學(xué)性能和壽命。傳統(tǒng)的調(diào)控殘余應(yīng)力方法有自然時(shí)效、熱處理、機(jī)械沖擊等方法，自然時(shí)效法耗時(shí)長(zhǎng)、占用大量場(chǎng)地、調(diào)控效果不可控，熱處理法能耗高、污染嚴(yán)重、難以處理大型管道構(gòu)件，機(jī)械沖擊法易造成管道構(gòu)件表面損傷。傳統(tǒng)方法如今已不再適用，利用高能超聲波調(diào)控殘余應(yīng)力的方法在多個(gè)領(lǐng)域中逐漸得到驗(yàn)證，該方法具有耗時(shí)短、能耗低、不造成構(gòu)件損傷等優(yōu)點(diǎn)，適用于鍋爐管板間焊縫殘余應(yīng)力消減與均化。利用高能超聲波調(diào)控殘余應(yīng)力方法的關(guān)鍵在于夾持高能超聲激勵(lì)器通過耦合介質(zhì)緊密耦合于管板焊縫殘余應(yīng)力集中區(qū)域，將高能超聲波按照設(shè)定要求注入到焊縫殘余應(yīng)力集中區(qū)域，利用高能超聲波在管板內(nèi)產(chǎn)生的彈性波能量消減和均化管板焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。熱交換器管板焊縫也存在焊接產(chǎn)生殘余應(yīng)力的問題。但是如何直接在管板原位對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行消除還是一個(gè)亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明提供了一種熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置及方法，該裝置利用高能超聲波在管板原位對(duì)管板內(nèi)由于焊接產(chǎn)生的彈性波能量消減和均化焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，以防止管板因焊接殘余應(yīng)力導(dǎo)致的變形甚至開裂。

2、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的提供的一種熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，包括：底板、超聲激勵(lì)器和磁夾；

3、所述底板上開設(shè)有連接孔，所述底板適用于放置在熱交換器管板上方；

4、所述超聲激勵(lì)器設(shè)置在所述底板上，超能激勵(lì)器的輸出端能夠穿過所述連接孔，抵達(dá)所述熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力需要消除的位置；

5、所述磁夾能夠與所述熱交換器管板磁吸固定，并將所述底板固定在所述熱交換器管板的指定位置。

6、作為熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置的一種可實(shí)施方式，

7、所述磁夾一側(cè)底部設(shè)置有連接部，所述連接部上開設(shè)有第一固定孔；

8、所述底板至少一側(cè)設(shè)置有第二固定孔；

9、通過所述第一固定孔和所述第二固定孔連接所述磁夾和所述底板。

10、作為熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置的一種可實(shí)施方式，

11、所述磁夾為2個(gè)；所述底板對(duì)稱兩側(cè)均設(shè)置有所述第二固定孔；2個(gè)所述磁夾分別與所述底板的一側(cè)連接固定。

12、作為熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置的一種可實(shí)施方式，所述磁夾包括磁力塊主體和固定架；

13、所述固定架圍設(shè)在所述主體的底部，且一側(cè)設(shè)置有所述第一固定孔。

14、作為熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置的一種可實(shí)施方式，所述磁夾還包括握持部，所述握持部設(shè)置在所述磁力塊主體的頂部。

15、作為熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置的一種可實(shí)施方式，所述固定架為一邊開口的方形結(jié)構(gòu)，所述磁力塊主體的底部也為方形結(jié)構(gòu)；所述固定架與所述磁力塊底部相匹配；所述固定架的開口兩端分別向固定架的兩側(cè)向外延伸有連接耳，所述連接耳上開設(shè)有所述第一固定孔；

16、所述固定架與所述磁力塊主體螺接固定。

17、作為熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置的一種可實(shí)施方式，

18、所述底板為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，開設(shè)有兩個(gè)以上所述連接孔，兩個(gè)以上所述連接孔之間的間距與所述熱交換器管板上的管道相匹配；

19、所述底板為多個(gè)，不同底板與不同型號(hào)的熱交換器管板相匹配。

20、作為熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置的一種可實(shí)施方式，所述超聲激勵(lì)器包括激勵(lì)器主體、輸出端和固定盤；

21、所述激勵(lì)器主體用于產(chǎn)生超聲；

22、所述輸出端為長(zhǎng)條圓柱形結(jié)構(gòu)，與所述激勵(lì)器主體連接，適用于延伸到所述熱交換器管板的管體內(nèi)部，并傳遞超聲到所述熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力需要消除的位置；

23、所述固定盤套設(shè)在所述輸出端靠近所述激勵(lì)器主體的一端，與所述輸出端固定連接；所述固定盤與所述底板連接固定。

24、作為熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置的一種可實(shí)施方式，所述固定盤為法蘭；還包括彈簧和螺栓；

25、所述法蘭周向上設(shè)置有多個(gè)螺栓孔，所述底板上也開設(shè)有向匹配的螺紋孔；

26、所述所述彈簧設(shè)置在所述法蘭和所述底板之間；

27、所述法蘭和所述底板通過螺栓連接固定；

28、本發(fā)明還提供一種熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減的方法，使用前述任一項(xiàng)所述的裝置直接在熱交換器管板上對(duì)焊縫焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行消除，包括以下步驟：

29、根據(jù)熱交換器管板的管道外徑選擇超聲激勵(lì)器；

30、管道之間的間距選擇底板；

31、將所述超聲激勵(lì)器固定到所述底板上；

32、使用所述磁夾將所述底板固定到要進(jìn)行殘余應(yīng)力消除的位置；

33、根據(jù)焊縫殘余應(yīng)力分布設(shè)置超聲波參數(shù)；所述參數(shù)包括振幅、波形和入射角度；

34、向焊縫應(yīng)力集中區(qū)域注入高能超聲波，實(shí)現(xiàn)對(duì)管板焊縫殘余應(yīng)力的若干輪消減與均化，直至滿足殘余應(yīng)力要求；

35、待殘余應(yīng)力調(diào)控工作結(jié)束后，將裝置從管板表面取下完成拆卸。

36、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，通過設(shè)置能夠固定超聲激勵(lì)器的底板，以及具有磁吸功能的磁夾，通過磁夾將底板、超聲激勵(lì)器一起固定到熱交換器管板，從而對(duì)管板的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行消除。裝置整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝、拆卸，且通過磁夾與管板磁吸固定，固定方式簡(jiǎn)便，對(duì)管板無任何損傷，且能夠隨意設(shè)置固定位置，且可以通過更換不同型號(hào)底板匹配不同型號(hào)的管板，適應(yīng)不同的管板上的管道之間的間隔，也可以根據(jù)需求使用不同的超聲換能器，產(chǎn)生相匹配參數(shù)需求的超聲。具體的：

37、1、本發(fā)明的裝置不改變產(chǎn)品現(xiàn)有焊接工藝、流程及裝備，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)高能超聲激勵(lì)器方便、快捷、可靠的夾持安裝及殘余應(yīng)力有效的無損消減。

38、2、本發(fā)明能保證超聲激勵(lì)器以一定的預(yù)緊力穩(wěn)定牢固的安裝在待處理的管板表面，且預(yù)緊力可調(diào)，以保證超聲能量通過換能器有效傳輸進(jìn)入管板焊縫應(yīng)力集中區(qū)域內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力調(diào)控消減。

39、3、本發(fā)明的裝置體積小、重量輕，能夠有效實(shí)現(xiàn)管道表面牢固安裝，不對(duì)管道產(chǎn)生壓痕和變形等二次損傷。

40、4、本發(fā)明能根據(jù)不同材料管道選擇合適的高能超聲波波形、頻率、振幅及相位，能夠達(dá)到最優(yōu)殘余應(yīng)力消除和均化的效果，提高殘余應(yīng)力的調(diào)控精度。

技術(shù)特征：

1.一種熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，其特征在于，包括：底板、超聲激勵(lì)器和磁夾；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，其特征在于，所述磁夾包括磁力塊主體和固定架；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，其特征在于，所述磁夾還包括握持部，所述握持部設(shè)置在所述磁力塊主體的頂部。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，其特征在于，所述固定架為一邊開口的方形結(jié)構(gòu)，所述磁力塊主體的底部也為方形結(jié)構(gòu)；所述固定架與所述磁力塊底部相匹配；所述固定架的開口兩端分別向固定架的兩側(cè)向外延伸有連接耳，所述連接耳上開設(shè)有所述第一固定孔；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，其特征在于：所述超聲激勵(lì)器包括激勵(lì)器主體、輸出端和固定盤；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置，其特征在于，所述固定盤為法蘭；還包括彈簧和螺栓；

10.一種熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減的方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的裝置直接在熱交換器管板上對(duì)焊縫焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行消除，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力原位消減裝置及方法，裝置包括：底板、超聲激勵(lì)器和磁夾；底板上開設(shè)有連接孔，底板適用于放置在熱交換器管板上方；超聲激勵(lì)器設(shè)置在底板上，超能激勵(lì)器的輸出端能夠穿過連接孔，抵達(dá)熱交換器管板焊縫焊接殘余應(yīng)力需要消除的位置；磁夾能夠與熱交換器管板磁吸固定，并將底板固定在熱交換器管板的指定位置。本裝置體積小、重量輕，能夠有效實(shí)現(xiàn)管道表面牢固安裝，不對(duì)管道產(chǎn)生壓痕和變形等二次損傷能保證超聲激勵(lì)器以一定的預(yù)緊力穩(wěn)定牢固的安裝在待處理的管板表面，且預(yù)緊力可調(diào)，以保證超聲能量通過換能器有效傳輸進(jìn)入管板焊縫應(yīng)力集中區(qū)域內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力調(diào)控消減。并可以選擇合適的超聲激勵(lì)器。

技術(shù)研發(fā)人員：徐春廣,趙文政,胡賽頤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：創(chuàng)極低應(yīng)力（上海）科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15