焊接培訓資料：焊接應力的消除

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1、焊接應力 焊接應力，是焊接構(gòu)件由于焊接而產(chǎn)生的應力。 焊接過程中焊件中產(chǎn)生的內(nèi)應力和焊接熱過程引起的焊件的形狀和尺寸變化。 焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產(chǎn)生焊接應力和變形的根本原因。當焊接引起的不均勻溫度場尚未消失時，焊件中的這種應力和變形稱為瞬態(tài)焊接應力和變形；焊接溫度場消失后的應力和變形稱為殘余焊接應力和變形。在沒有外力作用的條件下，焊接應力在焊件內(nèi)部是平衡的。焊接應力和變形在一定條件下會影響焊件的功能和外觀。 焊接應力的危害 焊接殘余應力對焊件有 6個方面的影響： ① 對強度的影響：如果在高殘余拉應力區(qū)中存在嚴重的缺陷，而焊件又在低于

2、脆性轉(zhuǎn)變溫度下工作，則焊接殘余應力將使靜載強度降低。在循環(huán)應力作用下，如果在應力集中處存在著殘余拉應力，則焊接殘余拉應力將使焊件的疲勞強度降低。焊件的疲勞強度除與殘余應力的大小有關(guān)外，還與焊件的應力集中系數(shù)、應力循環(huán)特征系數(shù)和循環(huán)應力的最大值有關(guān)，其影響隨應力集中系數(shù)的降低而減弱，隨應力循環(huán)特征系數(shù)的降低而加劇，隨循環(huán)應力的最大值的增加而減弱。當循環(huán)應力的最大值接近于屈服強度時，殘余應力的影響逐漸消失。 ② 對剛度的影響：焊接殘余應力與外載引起的應力相疊加，可能使焊件局部提前屈服產(chǎn)生塑性變形。焊件的剛度會因此而降低。 ③ 對受壓焊件穩(wěn)定性的影響：焊接桿件受壓時，焊接殘余應力與外載所引起的應

3、力相疊加，可能使桿件局部屈服或使桿件局部失穩(wěn)，桿件的整體穩(wěn)定性將因此而降低。殘余應力對穩(wěn)定性的影響取決于桿件的幾何形狀和內(nèi)應力分布。殘余應力對非封閉截面（如工字形截面）桿件的影響比封閉截面（如箱形截面）的影響大。 ④ 對加工精度的影響：焊接殘余應力的存在對焊件的加工精度有不同程度的影響。焊件的剛度越小，加工量越大，對精度的影響也越大。 ⑤ 對尺寸穩(wěn)定性的影響：焊接殘余應力隨時間發(fā)生一定的變化，焊件的尺寸也隨之變化。焊件的尺寸穩(wěn)定性又受到殘余應力穩(wěn)定性的影響。 ⑥ 對耐腐蝕性的影響：焊接殘余應力和載荷應力一樣也能導致應力腐蝕開裂。 焊接殘余應力對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的影響： 焊接殘余應力是構(gòu)件還

4、未承受荷載而早已存在構(gòu)件截面上的初應力，在構(gòu)件服役過程中，和其他所受荷載引起的工作應力相互疊加，使其產(chǎn)生二次變形和殘余應力的重新分布，不但會降低結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性而且在溫度和介質(zhì)的共同作用下，還會嚴重影響結(jié)構(gòu)的疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開裂和高溫蠕變開裂的能力。 焊接應力的消除方法 目前采用的消除應力的失效方法有振動時效（消除30%~50%的應力）、熱時效（消除40%~70%的應力）豪克能PT時效（消除80%~100%的應力）等。 1整體熱處理 ? ?? ?整體高溫回火是將整個焊接件均勻加熱到某一合適的溫度，然后在該溫度下保溫預定的時間，最后使其均勻冷卻到室溫的一種熱處

5、理方法。在消除焊接殘余應力的熱處理中，影響熱處理效果的主要因素有回火溫度、保溫時間、加熱和冷卻速度、加熱方法和加熱范圍的大小。對于同一種材料，回火溫度越高，時間越長，應力也就消除得越徹底。應當注意的是，有的焊接件不適宜高溫回火，高溫回火會損害其力學性能。 熱處理溫度根據(jù)材質(zhì)不同、供貨狀態(tài)不同來確定。對于碳鋼和低合金鋼，熱處理溫度一般在580~680℃，熱處理時間按焊件的厚度確定，實踐證明，整體熱處理可以消除80%~90%的殘余應力。 2局部熱處理 本法只對焊縫及其附近的局部區(qū)域進行加熱，其消除應力的效果不如整體熱處理。本法多用于比較簡單的、拘束較小的焊接接頭，如長的幽簡容器、管道接頭、長

6、構(gòu)件的對接頭等。 整體熱處理一般是將焊件整體放在加熱爐中加熱，加熱爐可以是電爐也可以是燃氣爐。局部熱處理要保證足夠的加熱度，可采用工頻線加熱、外線加熱、火始加熱等方法。 3溫差拉伸法 ???? ?也稱為低溫消除應力法，即伴隨焊縫兩側(cè)的加熱隨后急冷。這種方法一般川于焊比較規(guī)則、焊縫厚度不大于40m的焊件上。 ? ? ? 在鍋爐和壓力容器制造中，經(jīng)常采用整體或局部熱處理的方法消除焊接應力山]溫差拉伸法的工藝較復雜，使用有局限性，所以應用較少。 4錘擊碾壓法 一般用于中厚板焊接應力的調(diào)整。具體方法是，用圓頭小錘敲擊多層焊道的中間層焊道，使其發(fā)生雙向塑性延展，以減小焊接應力。 5振動時效

7、及振動焊接 振動時效 振動時效是對構(gòu)件施加交變應力，與構(gòu)件上的殘余應力疊加達到材料的屈服應力，發(fā)生局部的宏觀和微觀塑性變形；這種塑形變形往往首先發(fā)生在殘余應力最大和構(gòu)件應力集中點，使這里的殘余應力得以釋放，達到降低和均化殘余應力的作用。 盡管振動時效設備不具備去氫和恢復塑形的功能，但從尺寸穩(wěn)定性比較，已經(jīng)達到和超過熱時效的水平；振動時效是一種以消除應力、提高尺寸穩(wěn)定性為目的替代熱時效的先進工藝。 振動焊接 振動焊接又稱為振動調(diào)制焊接、隨焊振動；在振動時效標準附錄中，已確認為可與振動時效進行組合的工藝之一。其不改變原有的焊接工藝，在焊接過程中，通過激振器對構(gòu)件注入頻率和振幅可控的振動，

8、即形成振動焊接。?這種振幅的振動，勢必對焊接熔池和熱影響區(qū)產(chǎn)生一定的作用： （1）當焊縫在金屬熔融狀態(tài)下，由于振動使氣泡、雜質(zhì)等容易上浮、排除。 （2）再結(jié)晶過程中振動晶粒，有利于晶粒細化； （3）溫度大于600攝氏度的區(qū)域，材料在強度逐步恢復、冷卻的過程中，伴隨振動的熱塑性變形，使逐步得到的焊接殘余應力降低和均化，以減少焊接變形和焊接裂紋的形成。 6爆炸法 通過布置在焊縫及其附近的炸藥帶，引爆產(chǎn)生的沖擊波與殘余應力的交互作用，使金屬產(chǎn)生適量的塑性變形，殘余應力因而得到松弛。根據(jù)構(gòu)件厚度和材料的性能選定恰當?shù)膯挝缓缚p長度上的藥量和布置方式，是取得良好消除效果的決定性因素。 7機械拉伸法 ? ?? ?對焊接構(gòu)件進行加載，使焊接壓縮塑性變形區(qū)得到拉伸，可減少由焊接引起的局部壓縮塑性變形量，使內(nèi)應力降低。