一种消除残余应力加工方法与流程

本发明涉及石油套管数控精密加工，具体涉及一种消除残余应力加工方法。

背景技术：

1、石油套管是油气开采的核心结构管材，其加工精度、结构稳定性和疲劳寿命直接决定油气开采作业的安全性和可靠性。油套管在数控加工过程中，受切削力、切削热的共同作用，管材会产生塑性变形和温度梯度变化，进而在内部形成残余应力；残余应力的累积会导致油套管后续出现弯曲、椭圆等尺寸变形，同时降低管材的抗拉强度、抗腐蚀能力，严重时会引发管材开裂、井下失效，给油气开采带来重大安全隐患，也对钢铁企业油套管生产质量造成不利影响。

2、目前行业内消除油套管加工残余应力的方法主要分为三类：一是热处理法，如退火、回火工艺，通过加热至特定温度并缓慢冷却释放应力，但该方法工序复杂、生产周期长、能耗高，且高温易改变油套管基材的金相组织，导致管材力学性能下降，无法满足高规格油套管的加工要求；二是机械处理法，如振动时效、锤击时效，该方法仅能缓解管材表面的残余应力，无法消除内部深层应力，应力消除不彻底，后续仍存在变形风险；三是单一加工参数优化法，如单纯调整切削速度或进给率，仅能在一定程度上减少残余应力的产生，无法实现应力的主动消除，且适配性差，难以满足不同材质、规格油套管的加工需求。

3、现有技术中，部分方案尝试将数控编程与应力消除结合，但仅局限于单一工序的参数调整，未形成全流程的闭环控制，无法实现加工过程中应力的实时监测与参数的动态调整，仍存在应力消除不彻底、加工精度低的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种消除残余应力加工方法。

2、一种消除残余应力加工方法，包括：

3、步骤1：录入目标油套管的基础参数；

4、步骤2：根据基础参数标定目标油套管加工的临界应力值和临界切削温度值；

5、步骤3：使用分层编程的方式对数控加工参数进行调控；

6、步骤4：在目标油套管加工过程中，采集管材加工区域的残余应力值、切削温度值；

7、步骤5：当管材加工区域的残余应力值和切削温度值与临界应力值和临界切削温度值之间的差值在设定范围内时，对目标油套管的加工参数进行自适应调整。

8、优选地，所述基础参数包括管材材质、规格及预设的加工精度要求。

9、优选地，在步骤2中，基于内置的材质-应力匹配数据库，自动标定目标油套管加工的临界应力值和临界切削温度值；其中，所述材质-应力匹配数据库预先通过不同材质、规格油套管的加工试验建立。

10、优选地，在步骤4中，使用应力传感器和温度传感器以100ms/次的采集频率，实时采集管材加工区域的残余应力值和切削温度值。

11、优选地， 在油套管加工完成后，控制数控加工设备保持油套管的工位夹持状态，同时启动原位微振动时效程序，控制刀具组件以50-100hz的频率、0.01-0.05mm的振幅，对油套管内壁、外壁进行全域无死角微振动处理，微振动处理完成后，控制冷却液供给模块以常温冷却液匀速喷淋油套管表面，实现管材匀速降温，避免温度梯度变化再次产生残余应力。

12、优选地，通过应力传感器对油套管进行残余应力复检，若检测结果为残余应力值＜50mpa，判定为加工合格，输出成品；若检测结果为残余应力值≥50mpa，则执行油套管的残余应力消除步骤。

13、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

14、本发明涉及一种消除残余应力加工方法，与现有技术相比，本发明针对油套管数控加工残余应力难以精准控制、易因切削温度不均、加工后温度梯度二次生成残余应力、应力消除效果不稳定的问题，通过录入管材材质、规格、加工精度等基础参数，依托预先试验构建的材质 - 应力匹配数据库自动标定临界应力与临界切削温度，搭配分层编程调控数控加工参数，再以 100ms / 次高频传感器实时采集加工区残余应力与切削温度，依据实测值和临界值的差值区间自适应动态调整加工参数，从切削加工源头抑制残余应力产生。

15、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

1.一种消除残余应力加工方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种消除残余应力加工方法，其特征在于，所述基础参数包括管材材质、规格及预设的加工精度要求。

3.根据权利要求1所述的一种消除残余应力加工方法，其特征在于，在步骤2中，基于内置的材质-应力匹配数据库，自动标定目标油套管加工的临界应力值和临界切削温度值；其中，所述材质-应力匹配数据库预先通过不同材质、规格油套管的加工试验建立。

4.根据权利要求1所述的一种消除残余应力加工方法，其特征在于，在步骤4中，使用应力传感器和温度传感器以100ms/次的采集频率，实时采集管材加工区域的残余应力值和切削温度值。

5.根据权利要求1所述的一种消除残余应力加工方法，其特征在于， 在油套管加工完成后，控制数控加工设备保持油套管的工位夹持状态，同时启动原位微振动时效程序，控制刀具组件以50-100hz的频率、0.01-0.05mm的振幅，对油套管内壁、外壁进行全域无死角微振动处理，微振动处理完成后，控制冷却液供给模块以常温冷却液匀速喷淋油套管表面，实现管材匀速降温，避免温度梯度变化再次产生残余应力。

6.根据权利要求5所述的一种消除残余应力加工方法，其特征在于，通过应力传感器对油套管进行残余应力复检，若检测结果为残余应力值＜50mpa，判定为加工合格，输出成品；若检测结果为残余应力值≥50mpa，则执行油套管的残余应力消除步骤。