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焊接残余应力消除方法

发布时间: 2017-09-28      浏览次数: 1709

一、利用预热法来控制焊接残余应力

构件本体上温差越大,焊接残余应力也越大。焊前对构件进行预热,能减小温差和减慢冷却速度,两者均能减小焊接残余应力。

利用“加热减应区法”来控制焊接残余应力

焊接时,加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位,使之与焊接区同时膨胀和同时收缩,就能减小焊接应力,这种方法称为“加热减应区法”,加热的部位就称之为“减应区”。

二、利用高温回火来消除焊接残余应力

由于构件残余应力的最大值通常可达到该种材料的屈服点,而金属在高温下屈服点将降低。所以将构件的温度升高至某一定数值时,应力的最大值也应该减少到该温度下的屈服点数值。如果要完全消除结构中的残余应力,则必须将构件加热到其屈服点等于零的温度,所以一般所取的回火温度接近于这个温度。

1、整体高温回火

将整个构件放在炉中加热到一定温度,然后保温一段时间再冷却。通过整体高温回火可以将构件中80%~90%的残余应力消除掉,这是生产中应用最广泛、效果最好的一种消除残余应力的方法。 回火时间随构件厚度而定,钢按每毫米壁厚l~2min计算,但不宜低于30min,不必高于3h,因为残余应力的消除效果随时间迅速降低,所以过长的处理时间是不必要的。

2、局部高温回火

只对焊缝及其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,此方法设备简单,常用于比较简单的、刚度较小的构件,如长筒形容器、管道接头、长构件的对接接头等焊接残余应力的消除。

三、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。

温差拉伸法是在焊缝两侧各用一个宽度适当的氧乙炔焰焊炬进行加热,在焊炬后面一定距离,用一根带有排孔的水管进行喷水冷却。氧乙炔焰和喷水管以相同速度向前移动。这就形成了一个两侧温度高(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,这样就可消除部分残余应力。据测定,消除残余应力的效果可达50%~70%。

爆炸法

通过布置在焊缝附近的炸药带,爆产生的冲击波与焊接残余应力的交互作用,使金属产生适量的塑性变形,从而消除焊接残余应力的方法,叫焊接残余应力爆炸法。

四、利用振动法来消除焊接残余应力(振动时效)

构件承受变载荷应力达到一定数值,经过多次循环加载后,结构中的残余应力逐渐降低,即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。一种大型焊件使用振动器消除应力的装置。

机理的力学描述: σd+σr≥[σ]

残余应力σr必须和动应力σd叠加超过某一微观极限[σ]才能得到降低或均化,即 σd+σr≥[σ]. 振动时效机理的另一种描述是:通过模拟工况让以后可能产生的变形与开裂提前释放。所以,时效时也可先分析工件的工况再找出合适的振型及振幅去模拟工况。这样,时效后时效参数若稳定下来,工件在该工况下就不会产生变形。

振动法的优点是设备简单、成本低,时间比较短,没有高温回火时的氧化问题,已在生产上得到一定应用。