陳益銘

摘 要 在對(duì)一些部件進(jìn)行焊接時(shí)，由于某些原因?qū)е碌臍堄鄳?yīng)力會(huì)嚴(yán)重影響部件的承載能力和加工的精度性。不僅如此，焊接技術(shù)的差距導(dǎo)致的焊接不完美，還將會(huì)浪費(fèi)掉很大一部分的人力、物力、財(cái)力等。所以，如何消除焊接的殘余應(yīng)力，將會(huì)是焊接技術(shù)領(lǐng)域極其重要的研究。本文通過(guò)對(duì)焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生和怎樣消除進(jìn)行研究和分析，給出幾種重要的產(chǎn)生原因的同時(shí)，還將會(huì)給出相應(yīng)的消除對(duì)策。

關(guān)鍵詞 焊接；殘余應(yīng)力；消除方法

中圖分類號(hào) TG4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2015）145-0036-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展的越來(lái)越普及。焊接技術(shù)在對(duì)其他材料進(jìn)行加工的過(guò)程中，具備著節(jié)省原材料、擁有很好地封閉性、工序簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且還能夠制造出很多其它工藝技術(shù)不能完成的任務(wù)。但是，焊接也存在著一些問(wèn)題，其中最主要的就是由于在焊接過(guò)程中出現(xiàn)溫度場(chǎng)而受熱應(yīng)變形成的殘余應(yīng)力。在日常調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，焊接殘余應(yīng)力會(huì)在很大程度上影響部件的承載力，所以，必須要想辦法消除焊接殘余應(yīng)力，提高部件焊接精度的同時(shí)，還能增加部件的承載力。

1 焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

1.1 塑性壓縮造成的縱向殘余應(yīng)力

在焊接的過(guò)程中，由于溫度上的差距，焊縫及其周圍都會(huì)受到因熱膨脹和周圍溫度較低的金屬的拘束，從而產(chǎn)生壓縮塑性應(yīng)變。當(dāng)焊接完成之后，溫度驟減，母性材料就會(huì)制約著焊縫和近縫區(qū)域之間的收縮，這就在很大程度上導(dǎo)致了殘余應(yīng)力的存在。并且殘余應(yīng)力的范圍將會(huì)和高溫環(huán)境下造成的塑性范圍相一致，彈性拉伸區(qū)域和殘余拉應(yīng)力也是相對(duì)應(yīng)的。從這些都可以看出來(lái)，塑性壓縮就是造成焊接過(guò)程中縱向殘余應(yīng)力的主要

原因。

1.2 塑性壓縮的應(yīng)變導(dǎo)致的橫向殘余應(yīng)力

塑性壓縮的應(yīng)變，除了能夠說(shuō)成是造成縱向殘余應(yīng)力的主要原因，同時(shí)也能理解為造成橫向殘余應(yīng)力的原因之一，但是造成橫向殘余應(yīng)力的主要原因是母材的收縮。當(dāng)對(duì)母材進(jìn)行焊接時(shí)，母材會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，并且當(dāng)焊接縫的金屬材料逐漸形成固體時(shí)，膨脹中的母材必定會(huì)受到壓縮，這種塑性壓縮是橫向收縮中的重要的一部分，焊縫自身那一小部分收縮僅僅只占到橫向收縮的十分之一左右。主要的橫向收縮那部分存在于焊接縫沿著焊縫軸線進(jìn)行切割后的中心區(qū)域，那才是拉應(yīng)力中的橫向應(yīng)力。

2 降低殘余應(yīng)力的對(duì)策

2.1 科學(xué)、合理的編排焊接順序

這樣做的主要原因就是要使得焊接時(shí)盡可能的讓焊縫自由的收縮，減少更多的外界影響因素。在這種合理的順序下，首先就是要焊一處收縮量相對(duì)比較大的焊接縫，保證焊接縫在自身結(jié)構(gòu)總體剛性相對(duì)較弱的情況下能夠自由的收縮，減少其他物質(zhì)的限制。接下來(lái)就是焊接一處互相錯(cuò)開、互不影響的焊接縫，最后就是焊接直通的焊接縫。上面說(shuō)的只是一般簡(jiǎn)單的焊接，如果遇到相對(duì)較麻煩的焊接，比如交叉焊縫接頭，那就要按照一定的順序來(lái)進(jìn)行焊接。按照受力的大小進(jìn)行先后焊接，受力比較大的先進(jìn)行焊接，這樣合理的安排焊接順序，可以盡可能地避免各處焊縫受力不均的現(xiàn)象出現(xiàn)，確保了焊縫的科學(xué)、合理、有效的分布。

2.2 采用預(yù)熱緩冷法

采用該種方法主要就是為了減小焊接應(yīng)力，因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中，焊件自身會(huì)形成較大的溫差，溫差越大，焊接的應(yīng)力就會(huì)越大。采用預(yù)熱緩冷的方法，能夠一定程度上減小焊件的溫差，從而減小焊接的應(yīng)力。采用這種方法，一般情況下都會(huì)在焊接之前將焊件放入火爐中進(jìn)行加熱，在焊接的時(shí)候，要防止焊件迅速降溫，進(jìn)而降低焊縫和焊件其他部位之間的溫差，讓兩者之間膨脹系數(shù)相差不大，降低焊件的應(yīng)力。倘若不能夠?qū)⒄麄€(gè)焊件進(jìn)行預(yù)熱，也可以讓焊縫附近預(yù)熱，一樣不會(huì)影響該種方法的效果。但是，在預(yù)熱的過(guò)程中，一定要保證均勻預(yù)熱，溫度穩(wěn)定上升。在焊接完成之后，如果焊接部位的溫度沒達(dá)到600℃，要將其加熱到那個(gè)溫度，在進(jìn)行緩冷的步驟。

2.3 錘擊法

在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后的效果顯示，焊接后的焊件經(jīng)過(guò)一定程度上的錘擊之后，焊縫附近殘余的應(yīng)力會(huì)降低。在那些離焊縫比較遠(yuǎn)的部位，經(jīng)過(guò)錘擊后，殘余的應(yīng)力依然存在。但是，如果沖擊能量不斷地增加，那么焊件的殘余應(yīng)力會(huì)不斷地減小，這種減小到了一定的程度時(shí)，也會(huì)減緩殘余應(yīng)力減小的速度?？傊N擊法對(duì)于減小殘余應(yīng)力是一種確實(shí)可行而且效果明顯的方法，值得推廣。

3 消除殘余應(yīng)力的方法

3.1 熱處理的方法

這種方法對(duì)于焊件的性能有著至關(guān)重要的作用，它不僅可以消除殘余應(yīng)力，還能夠改進(jìn)焊接接頭的性能。熱處理方法就是在焊件還處在高溫條件下的時(shí)候，去降低屈服點(diǎn)和蠕變現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)去除殘余應(yīng)力的一種方法。這種方法分為兩個(gè)步驟，首先就是總體熱處理，其次是局部熱處理。在總體熱處理的過(guò)程中，加熱的溫度和保溫時(shí)間和加熱以及冷卻速度都會(huì)影響到去除焊接殘余應(yīng)力的效果。這幾個(gè)因素里面，最重要的也是最難以控制的就是保溫時(shí)間，因?yàn)樗挠?jì)算受到很多因素的影響，而且知道時(shí)間也要通過(guò)人工去控制，這就造成了很大的不確定性和產(chǎn)生誤差的可能。一般情況下，一毫米厚就要一到兩分鐘，但是，時(shí)間又要被控制在30分鐘到3小時(shí)之間。在局部熱處理的過(guò)程中，一般只能降低殘余應(yīng)力的峰值，而不能直接消除殘余應(yīng)力。但是對(duì)于消除殘余應(yīng)力的過(guò)程起到了無(wú)可替代的作用，所以局部熱處理還是需要的一個(gè)步驟。在采用熱處理的方法時(shí)，加熱的方法主要有電加熱和火加熱兩種，而且消除殘余應(yīng)力的效果和加熱范圍的關(guān)系很大，所以一般需要大范圍的加熱才能達(dá)到較好的效果。

3.2 加載的方法

加載的方法，目的就是為了使得焊接縫周圍形成的壓縮塑性變形和焊縫周圍的拉伸塑性變形兩者形成抵消，從而讓應(yīng)力保持松弛狀態(tài)。它主要就是采用各種方法，在部件上制造一定的拉伸應(yīng)力，讓這個(gè)應(yīng)力來(lái)完成與壓縮塑性變形產(chǎn)生的力進(jìn)行抵消。在如何形成這種拉伸應(yīng)力的方法上有兩種：第一就是機(jī)械拉伸的方法，第二則是溫差拉伸的方法。機(jī)械拉伸法就是對(duì)部件進(jìn)行加載荷處理，讓焊縫區(qū)域形成塑性拉伸，這個(gè)塑性拉伸形成的力將會(huì)和已經(jīng)存在的那個(gè)壓縮塑變應(yīng)力達(dá)到抵消的作用，從而消除焊接過(guò)程中形成的殘余應(yīng)力。溫差拉伸法，主要就是利用了受熱膨脹的原理，來(lái)達(dá)到消除殘余應(yīng)力的方法。它的做法過(guò)程，顧名思義就是利用溫度差形成的力，讓焊縫兩側(cè)的金屬通過(guò)受熱膨脹后，往焊縫區(qū)進(jìn)行拉伸，逐漸的形成拉伸應(yīng)力，最后和那壓縮塑變應(yīng)力進(jìn)行抵消作用。這兩種拉伸方法都是采用抵消的原則，從而達(dá)到減小甚至消除殘余應(yīng)力的目的。

4 結(jié)論

在每次焊接工作之前，一定要將原件的性質(zhì)以及能承受的焊接條件進(jìn)行深度的考察、研究，合理、科學(xué)的制定焊接技術(shù)的安排。通過(guò)已經(jīng)考察好的東西，選擇合理、有效的焊接工藝程序，采取有效的措施，最終得到一個(gè)較好的焊接結(jié)果。在達(dá)到相關(guān)焊接質(zhì)量條件的同時(shí)，也在不斷的提高焊接技術(shù)，對(duì)以后的焊接技術(shù)領(lǐng)域做好一步一步的鋪墊。

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