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如何利用合理的焊接顺序和方向来控制焊接残余应力

合理的焊接顺序

1)先焊变形收缩量较大的焊缝,使基能较自由地收缩。


如一个带盖板的双工字钢构件见图14,由于对接焊缝的收缩量大于角焊缝的收缩量,所以应先焊盖板的对接焊缝1,后焊盖板和工字梁之间的角焊缝2。

2)先焊错开的短焊缝,后焊直通长焊缝。


如一拼板结构见图14b,应先焊焊缝1、2,后焊焊缝3。如相反,则由于焊缝1、2的横向收缩受到限制,将产生很大的拉应力。


3)先焊在工作时爱力较大的焊缝,使内应力合理分布,见图14c。


在接头两端留出一段翼缘角焊缝不焊,先焊受力最大的翼缘对接焊缝1,然后再焊腹板对接焊缝2,最后焊翼缘预留的角焊缝3。这样,焊后可使翼缘的对接焊缝承受压应力,腹板对接焊缝承受拉应力。角焊缝留在最后焊可以保证腹板对接焊缝有一定的收缩余地,同时也有利于在焊接翼缘对接焊缝时,可以采取反变形措施来防止产生角变形。


如何利用降低结构局部刚度来控制焊接残余应力?


结构的刚度增加时,焊后的残余应力将显著加大。因此,在条件许可时,焊前采取一定的工艺措施,将焊接区域的局部刚度降低,将有效地减少焊接残余应力。如一镶块结构的焊件,由于焊缝呈封闭形刚度较大,见图15。


为减少焊接区域的局部刚度,可以将平板少量翻边(图15a),或将镶块压凹(图15b),焊接时由于焊缝能自由收缩(将平板或镶块拉平),使残余应力大为减少。

如何利用振动法来消除焊接残余应力?

⑴振动法


利用偏心轮和变速电动机组成的激振器使焊接结构发生共振产生循环应力,可使焊接残余应力逐渐降低,这种方法称为振动法。振动法消除残余应力的效果取决于激振器和构件支点的位置、激振频率和时间。


其优点是所用设备简单价廉、处理费用低、时间短,也没有高温回火时金属表面氧化的问题,目前在生产中已得到广泛应用。

选择一台实用的振动时效设备才是最重要的,他关乎振动时效工艺可靠性,决定振动时效的效果,建议读者考虑大品牌的厂家华云机电http://yingli.huawin.com,HK系列振动时效就很不错。

如何利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力?

焊接残余应力产生的根本原因是,由于焊缝在冷却过程中的纵向收缩和横向收缩,因此焊后利用小锤轻敲焊缝及其邻近区域,使金属展开,能有效地减少焊接残余应力,据测定,利用锤击法可使应力减少1/2~1/4。


进行锤击焊缝时,焊件温度应当维持在100~150℃之间或在400℃以上,避免在200~300℃之间进行,因为此时金属正处于蓝脆性阶段,若锤击焊缝容易造成断裂。


多层焊时,除第一层和最后一层焊缝外,每层都要锤击。第一层不锤击是为了避免产生根部裂纹,最后一层焊缝通常焊得很薄,主要是为了消除由于锤击而引起的冷作硬化。

如何利用高温回火来消除焊接残余应力?

焊件用来消除焊接残余应力的高温回火分整体和局部两种方式。

⑴整体高温回火

将整个焊件放在炉中加热到一定温度然后保温一段时间再冷却。同一种材料,回火温度越高,时间越长,残余应力就消除得越彻底。通过整体高温回火可以将80%~90%的残余应力消除掉,这是生产中应用最广泛的一种方法。


各种材料的回火温度,见表8。含钒低合金钢在600~620℃加回火后,塑性、韧性下降(回火脆性),回火温度宜选550~560℃。

回火时间随焊件厚度而定,钢按每毫米壁厚1~2min计算,但不宜低于30min,不必高于3h,因为残余应力消除效率随时迅速降低,过长的处理时间是不必要的。

⑵局部高温回火


只对焊缝及其附近的局部区域进行加热消除残余应力。消除应力的效果不如整体高温回火,但方法设备简单。常用于比较简单的、拘束度较小的焊接结构,如长筒形容器、管道接头、长构件的对接头等焊接残余应力的消除。


局部高温回火可采用气体、红外线、间接电阻或工频感应加热等。


如何利用机械接伸法来消除焊接残余应力?


产生焊接残余应力的根本原因是焊件焊后产生了压缩残余塑性变形。因此,焊后对焊件进行加载拉伸,产生拉伸塑性变形,它的方向和压缩残余变形相反,结果使压缩残余变形减小,因而焊件中的焊接残余应力亦随之同步减小。


机械拉伸消除应力法对于一些焊后需要进行液压试验的焊接容器特别有意义,因为液压试验时容器所承受的试验压力均大于容器的工作压力,例如钢制压力容器其试验压力为容器工作压力的1.25倍,所以容器在进行液压试验的同时,对容器材料进行了一次相当于机械拉伸的膨胀,从而通过液压试验,消除了部分焊接残余应力。


如何利用温差拉伸法来消除焊接残余应力?


温差拉伸法消除焊接残余应力的基本原理与机械拉伸法相同,主要差别是利用局部加热的温差来拉伸焊缝区。


温差拉伸法的具体方法是:


在焊缝两侧各用一个宽度适当的氧乙炔焰炬进行加热,在焰炬后面一定距离,用一根带有排孔的水管进行喷水冷却。乙炔焰和喷水管以相同速度向前移动见图16。这样就形成了一个两侧温度高(其峰值约为200℃、焊接区温度低 (约为100℃)的温度差。


两侧金属受热膨胀对温度较低的区域进行拉伸,所以就可消除部分焊接残余应力,据测定,消除的效果可达50%~70%。温差拉伸法的参数,见表9。

本文来源: 焊接工程师

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