专利名称：在焊接金属接头中获得加强的疲劳强度的方法以及在冷加工中使用的锤头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在包括焊J止的焊接金属接头中获得加强的疲劳强度 的方法，其中该焊趾经过冷加工，从而在该焊趾处产生可见的和/或可 测的压痕。本发明还涉及一种在焊趾的冷加工中使用的锤头，用于在焊 接金属接头以及部件中获得加强的疲劳强度。
背景技术：
焊接结构(例如海上工程或者船舶工程)的疲劳寿命经常会由于关键部分(critical areas )未经处理的焊缝的存在而减少。由于，焊接 期间所需的大量热量，导致焊接后的疲劳寿命显著缩短。这主要是由在 焊趾的横向方向的残余应力引起的。焊趾的几何结构使得疲劳寿命更加缩短。提高焊接结构疲劳寿命的方法一部分由改进几何结构组成， 一部分 由消除残余应力组成。当今，几何结构的改进是通过研磨或通过TIG (鴒极隋性气体)焊 对焊趾进行重熔而获得的，其后焊趾中的裂紋被去除，焊趾被修整。如 此，减少了应力集中，提高了疲劳寿命。但由于残余应力的消极作用仍 然未被改变，因此这些方法的共同点在于，疲劳寿命只能有限程度地增 加。或者，可以通过对焊趾的冷锻(捶打)来改进金属结构的疲劳寿命， 从而局部地消除了残余应力，在金属表面产生了有利的压应力(锤击硬 化)。存在四种已知的锤打方法。分别是锤击硬化、针锤击(needle peening)、 UIT捶打、喷丸硬化。这些方法的共同点是，只能有限程度 地改进焊趾的几何结构。其结果是，当动应力幅度很高时，疲劳寿命只 能有限程度地提高。本发明的一个目的在于提供一种在焊接金属接头与部件中获得加强 的疲劳强度的方法。该目的是通过以下最基本限定的方法而达到的，所述最基本的方法 的特征在于，通过动力驱动的锤头来进行冷加工，该锤头在长度方向上 具有略微凸起的、伸长的接触表面，用于接触焊趾。优选地，冷加工是在预研磨的导引槽或预研磨的轨道中执行的，其 中所述的导引槽或轨道修整焊趾的轮廓的几何结构匹配于锤头的几何结 构。优选地，焊趾经过充分地冷加工以产生平滑锻打的锤击轨道，该轨道不存在偏离平均压痕超过1W的个别压痕，所述平均压痕是通过冷加工获得的平均压痕。本发明的一个目的也在于提供一种在冷加工中使用的锤头。该目的是通过以下最基本限定的锤头而达到的，所述锤头特征在于，在长度方向上具有略微凸起的、伸长的接触表面，用于接触焊趾。 优选地，锤头的伸长的接触表面在横向方向上的半径小于在长度方向上的半径。优选地，锤头的伸长的接触表面在每个端部都具有平滑的圆形形状。优选地，锤头的接触表面被磨光并具有优于Ral. 2的表面光洁度。 优选地，锤头在其长度方向上的半径大于锤头在其横向方向上的半 径的2倍，小于在横向方向上的半径的20倍。由于捶击硬化是通过锤 头是以一种新颖的方式来进行的，其中，锤头的几何结构相对于现有技 术有着巨大的改变，并从而获得具有重大改进的几何结构，因此，本发 明综合了消除残余应力的焊趾轮廓几何结构的改进以及有益的压应力的 建立。根据本发明，几何结构的改进与有益的残余应力的消除相结合。迄 今为止，所述的几何结构的改进方式包括研磨或利用TIG焊对焊耻进行 重熔。本发明优选用于锤击硬化。下文的描述以及附加的权利要求将显现本发明的更多优点以及有益 特征。
参照附图，本发明优选实施例的具体描述被作为例子引用如下。图中图1显示的是根据本发明的一个实施例的锤头，该锤头安装在气锤上；图2显示的是图1中的锤头的侧视图；图3显示的是图2中的锤头的前视图；图4显示的是准备在焊趾处研磨导引槽的焊缝；图5显示的是预研磨的导引槽；图6显示的是锤头在导引槽中的位置；图7显示的是完成了冷加工的焊趾；图8显示的是指定的未经处理的焊缝的疲劳强度；图9显示的是与图8相同的焊缝在根据本发明一个实施例的冷加工 之后的疲劳强度；以及图10显示的是在焊缝测试中施加的预加载的负载序列，其结果显 示在图8和图9中。
具体实施方式
图1显示了气锤1的一部分，该气锤1具有根据本发明一个实施例 的锤头2。锤头2在图2和图3中更为详细地显示。锤头2的特征在于，它具 有略微凸起的、伸长的接触区域或表面3,这里在横向方向上具有半径 4，该半径4小于在长度方向的半径5。用于靠着焊趾(图4中的9)的 锤头的接触表面在每个端部6、 7都具有平滑的圓形形状。如图2和3 所示，锤头在长度方向的半径5大于锤头在横向方向的半径4的2倍， 小于横向方向的半径4的20倍。这里给出的附图限定了优选的范围。 虽然图中没有显示，但是，用于靠着焊趾的锤头的接触表面被有利的磨光至具有优于Ral. 2表面光洁度。图4显示的是穿过焊缝8的横截面，其中焊趾9中的一个将被适合 的工具10研磨。图5中，显示了预研磨的导引槽。图6显示的是锤头2 靠着导引槽ll的位置。图7显示的是完成了冷加工的焊趾9。如同这里 显示的，凹槽底部11是平滑的，同时也显示了沿着槽边缘的接合的材 料12和13。虽然图中未显示，但另一个焊趾也以相应的方式被冷加工。 应当理解的是，图5、 6和7所示的导引槽被极度地放大，用以更加清 楚地说明该示范的实施例。槽11的预研磨是通过工具10的的平滑动作来执行的，所述工具10 具有均匀、稳定但并不强烈的压力。工具10优选地相对于工件法线保 持大约30到50度并均匀地沿着焊趾移动。该工具始终在移动。对于非 常关键的连接，应当利用NDT (无损探伤法)对导引槽进行裂紋探查， 然而通常目测检查也可满足冷加工通过抵住连续移动的锤工具的均匀压力而被执行。通常推荐 三种锤在导？)槽中的移动方式或路径。如上所述，由于锤头2的"击打(jumps)"，槽的底部将应是平滑 的并且没有显著异常的压痕。槽的底部11的表面粗糙度的测量结果将 应小于Ral.5。槽的边缘可以略微地弯曲，然而这个对耐疲劳强度来说 并不是重要的。相对于迄今为止的已知方法，本发明对于疲劳寿命具有更为重大的 改进，同样对于高应力。本发明背后的基本原则和构思已经被实验室试 验完全地加以确认。执行这些试验以获得钢铁连接的疲劳寿命以及这样 的连接之间的直接的关系，在上述连接之中，焊趾被平滑地锤击，更加 精确地，是被安装有锤头的气锤锤击。图8显示的是对未经处理的焊缝14所执行的试验的疲劳强度。图9 显示的是对于相同类型的焊缝在冷加工之后所执行试验的疲劳强度。如 图9所示，通过本发明获得了相当的改进。图10显示了在疲劳试验之 前应用于试验焊缝的预加载序列，其中，在各测试探头经过加载5个负 载周期16，以例如0. 85YS的压应力的形式屈力l之后，探头被暴露于4立 应力的均匀幅值为17的位置。因此，图9中所示的改进体现在，在^垂击试样经受屈服应力之后，不用再考虑捶击的常规的效果是否减小。当然，本发明在任一方面都不局限于上述的优选实施例。相反地， 对于本领域普通技术人员来说是显而易见的许多修改并未脱离例如限定 在附加的权利要求中的本发明的基本思想。
权利要求
1.一种在包括焊趾(9)的焊接金属接头与部件中获得加强的疲劳强度的方法，其中，该焊趾(9)经过冷加工以使得在焊趾(9)处产生可见的和/或可测的压痕，该方法的特征在于，该冷加工通过动力驱动的锤头来执行，其中该锤头在长度方向上具有略微凸起的、伸长的接触表面(3)，以接触该焊趾(9)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冷加工是在预研磨的 导引槽(11)或预研磨的轨道中执行的，其中所述的导引槽(11)或轨 道修整焊趾(9)的轮廓，使其几何结构匹配于锤头的几何结构。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，焊趾(9)经过 充分地冷加工以产生平滑锻锤的轨道(11 )，该轨道(11 )不存在偏离 超过该冷加工获得的平均压痕10%的个别压痕。
4. 一种在焊趾(9)的冷加工中使用的用于在焊接金属接头与部件 中获得加强疲劳强度的锤头，其特征在于，该锤头(2)在长度方向上 具有略微凸起的、伸长的接触表面(3)，以接触该焊趾(9)。
5. 根据权利要求4所述的锤头，其特征在于，锤头(2)的该伸长 的接触表面(3)在横向方向上的半径(O小于在长度方向上的半径。
6. 根据权利要求4或5所述的锤头，其特征在于，锤头(2)的该 伸长的接触表面(3)在每个端部(6、 7)都具有平滑的圓形形状。
7. 根据权利要求4-6中任一项权利要求所述的锤头，其特征在于， 锤头(2 )的接触表面被磨光并具有优于Ral. 2的表面光洁度。
8. 根据权利要求4-7中任一项权利要求所述的锤头，其特征在于， 锤头(2)在其长度方向上的半径(5)大于锤头(2)在其横向方向上 的半径(4)的两倍，小于在横向方向的半径(4)的20倍。
9. 使用权利要求1-3中任一项权利要求所述的方法和/或根据权利 要求4 - 8中任一项权利要求所述的锤头用于锤击硬化处理。
全文摘要
一种在包括焊趾(9)的焊接金属部件与接头中获得加强疲劳强度的方法，其中，该焊趾(9)经过冷加工以使得在焊趾(9)处产生可见的和/或可测的压痕。该冷加工通过动力驱动的锤头来执行，其中该锤头具有略微的凸起，并且具有在长度方向上用于与焊趾(9)相接触的伸长的接触表面(3)。如此，焊趾(9)的几何结构得到了重大的改进，同时消除了焊接后的残余应力，并建立了有益的压应力。
文档编号C21D7/04GK101218358SQ200680012162
公开日2008年7月9日 申请日期2006年4月19日 优先权日2005年4月19日
发明者A·弗雷德伯格 申请人:艾贝尔公司