淺談焊接應(yīng)力與變形

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1、淺談焊接應(yīng)力與變形在焊接工程屮，由于焊接過程小多方面的原因，產(chǎn)生了焊接應(yīng)力與焊接變形，一直是比較常見的現(xiàn)象，給工程質(zhì)量和工程成本帶來了不利的因素。如何防止和減少焊接應(yīng)力，將焊接變形控制在最小范圍內(nèi)，是每個(gè)焊接工程技術(shù)人員和高級(jí)焊工應(yīng)該考慮的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。一、焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因我們說存在于焊接結(jié)構(gòu)小的應(yīng)力，是在焊接過程小，焊體屮產(chǎn)生的隨時(shí)間（實(shí)際上是隨溫度）而變化的變形和應(yīng)力分別稱為焊接瞬時(shí)變形和焊接瞬時(shí)應(yīng)力，焊后（冷卻到自然溫度）焊件中殘留的變形和應(yīng)力分別稱為焊接殘余變形和焊接殘余應(yīng)力。這些應(yīng)力和市于應(yīng)力產(chǎn)生的焊體變形對(duì)焊件的質(zhì)量是有很大影響的，它直接影響了焊接結(jié)構(gòu)的制造外觀尺寸和

2、內(nèi)在質(zhì)量，也影響到焊接結(jié)構(gòu)的使用性能，并且減少使用壽命。焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因是多方面因素造成的。如果概括為一句話就是在焊接過程中不均勻的加熱和冷卻作用在各種材料和結(jié)構(gòu)上，表現(xiàn)出的受力狀態(tài)和形狀的效應(yīng)。二、焊接應(yīng)力的種類存在于焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，按其產(chǎn)生的原因和性質(zhì)可簡(jiǎn)單分為五類。1、熱應(yīng)力焊接過程中不均勻加熱和不均勻冷卻而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，它是焊接中最常見的焊接應(yīng)力。2、拘束應(yīng)力焊接過程中主耍是結(jié)構(gòu)本身或外加拘束作用而產(chǎn)生的應(yīng)力。3、相變應(yīng)力焊接過程小在焊縫接頭及熱影響區(qū)產(chǎn)生不均勻的金匱組織轉(zhuǎn)變而引起的應(yīng)力。這種應(yīng)力產(chǎn)生于碳當(dāng)量較多或焊接工藝不當(dāng)時(shí)。4、氫應(yīng)力焊接后，在焊接接頭區(qū)

3、域市于擴(kuò)散氫聚集在顯微缺陷處而引起的局部應(yīng)力。例如，空氣濕度較大或焊條烘烤溫度不夠等原因而引起含氫量大量產(chǎn)生時(shí)。5、焊接殘余應(yīng)力焊接以后存在于結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力，尤其在焊接壓力容器、球形儲(chǔ)罐等工程中，焊接后會(huì)產(chǎn)生大量的焊接殘余應(yīng)力。各種焊接應(yīng)力的大小和分布都與焊接材料、鋼材的性質(zhì)、焊接工藝方法、熱輸入、焊接工藝參數(shù)、焊接裝配順序及焊工的操作方法有密切的關(guān)系，同時(shí)結(jié)構(gòu)本身的形狀及外加拘束度、焊接環(huán)境等條件也是有關(guān)的。焊接應(yīng)力往往綜合疊加出現(xiàn)。三、焊接應(yīng)力的危害1、降低結(jié)構(gòu)的承載能力我們知道焊件殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力疊加，增加了結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力水平,實(shí)際上是降低了結(jié)構(gòu)的承載能力或降低了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安

4、全系數(shù)。當(dāng)隨著應(yīng)力的增大超過了鋼材的屈服極限時(shí)，將造成焊縫及熱影響區(qū)的拉仲塑性變形，消耗掉了材料本身的塑性。在厚壁結(jié)構(gòu)中，立休交叉焊縫都有可能造成多向拉伸應(yīng)力，在長(zhǎng)時(shí)間疲勞載荷下較多的拉仲殘余應(yīng)力會(huì)使長(zhǎng)期使用的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的變形。2、拉仲殘余應(yīng)力的存在造成應(yīng)力腐蝕，使工作在腐蝕介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。3、焊接應(yīng)力的危害，還表現(xiàn)在造成焊接裂紋，這是最危險(xiǎn)的一種危害。在溫度、金相組織及結(jié)構(gòu)剛性拘束力的相互作用下，焊接應(yīng)力達(dá)到一定直時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生各種熱裂紋、冷裂紋，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)質(zhì)量，造成潛在的危害，導(dǎo)致返修或使結(jié)構(gòu)報(bào)廢，尤其在球罐焊接后，如果整休熱處理沒有消除焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，

5、兩年后開罐無損檢測(cè)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的焊接裂紋，將嚴(yán)重影響球罐的使用壽命。這是我們親身體會(huì)T至的影響結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性，特別是在焊后要加工的結(jié)構(gòu)，加工后會(huì)破壞內(nèi)應(yīng)力的平衡，引起結(jié)構(gòu)變形或加工尺寸不穩(wěn)定。四、影響焊接應(yīng)力的因素影響焊接應(yīng)力的因素很復(fù)雜，也很多，往往是綜合因素綜合作用，根據(jù)本人多年工作經(jīng)驗(yàn)，主要有以下幾種因素。1、焊接結(jié)構(gòu)形式的影響在壓力容器筒體環(huán)縫焊接中，縱向焊接殘余應(yīng)力大小和分布與筒體直徑、筒休壁厚及壓縮塑性變形區(qū)的寬度有關(guān)，且隨圓筒體直徑的增加而增加，隨塑性變形的擴(kuò)大而降低。2、剛性拘束的影響在平板對(duì)接中，兩塊鋼板焊接前，在橫向加以剛性拘束，焊后對(duì)縱向應(yīng)力影響不大，兩橫

6、向側(cè)為單一的拉仲應(yīng)力，板窄拘束應(yīng)力大，板寬側(cè)拘束應(yīng)力減小。對(duì)于長(zhǎng)焊縫先焊的一端應(yīng)力較小。撤除外加拘束后，拘束應(yīng)力消除，殘余應(yīng)力將重新分布。3、板厚及坡口形式的影響隨著板厚的不同，殘余應(yīng)力的分布也不同，而且在垂直與焊縫軸向上的橫向應(yīng)力也不能忽視。在厚板表層附近殘余應(yīng)力最大，這種板厚產(chǎn)生的雙向應(yīng)力是產(chǎn)生橫向裂縫的一個(gè)重要的原因。4、焊接層數(shù)及焊接道數(shù)的影響，在厚壁球罐焊接中為什么容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力。這與焊接層數(shù)及不分道焊接有一定的原因，我們知道球罐的焊接工藝規(guī)程是根據(jù)焊接工藝評(píng)定及板材的厚度來編制的，板材越厚焊接層數(shù)就越多，但在實(shí)際焊接中,我們往往注重了層數(shù)而忽略了每層是否要分道焊接。板

7、材越厚，焊縫坡口角度相對(duì)較人，在蓋面前的填充焊接中，往往一根焊條只能焊很短的焊縫。這樣焊縫局部反復(fù)加熱，產(chǎn)生了很大的線能量。不僅破壞了金相組織，也產(chǎn)生了大量的氣體排不出來，從而產(chǎn)生了局部焊接應(yīng)力。如果在蓋面前的填充焊接中焊道采用每層分成幾道焊接，就可以避免或減少焊接應(yīng)力。5、焊接工藝參數(shù)的影響隨著焊接熱輸入的增加，加熱寬度和殘余應(yīng)力增大，拉仲殘余應(yīng)力寬度也增人6、焊接方向的影響橫向殘余應(yīng)力是由焊縫及其附近塑性變形區(qū)的縱向和橫向收縮不同時(shí)進(jìn)行所引起的應(yīng)力合成。其人小和分