機(jī)械應(yīng)力消除法對焊接殘余應(yīng)力的影響建議

張浩++秦敏

[摘 要]隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)對焊接的要求也在不斷的提升，焊接水平的高低對施工質(zhì)量有極大的影響。通常，焊接后的殘余應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，從而造成工程質(zhì)量的整體質(zhì)量降低。所以消除焊接殘余應(yīng)力是技術(shù)人員的一項(xiàng)重要工作，本文主要就機(jī)械應(yīng)力消除法對焊接殘余應(yīng)力的影響進(jìn)行了分析并且提出了相應(yīng)的建議，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作者提供一定的參考借鑒。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械應(yīng)力消除法；焊接；殘余應(yīng)力；影響建議

中圖分類號：TB446 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）30-0308-01

機(jī)械工程的發(fā)展使焊接中存在的變形問題不斷減少，選用科學(xué)的方式進(jìn)行焊接應(yīng)力的處理能夠更進(jìn)一步降低焊接殘余應(yīng)力的影響。其不僅會(huì)影響焊接質(zhì)量，還會(huì)極大降低金屬結(jié)構(gòu)的承載能力，造成受壓穩(wěn)定性、金屬強(qiáng)度等性能的降低。此外，技工精度也會(huì)受到相應(yīng)的影響。在實(shí)際施工過程中，機(jī)械應(yīng)力消除法是較為常用的殘余應(yīng)力消除手段，通過這種方法能夠有效降低殘余應(yīng)力對工程整體水平的影響，進(jìn)而確保焊接工程的精度和水平。

一、簡述機(jī)械應(yīng)力消除法

機(jī)械應(yīng)力消除法是較為常見的焊接應(yīng)力消除手段，這種方式主要是通過外部壓力的施加來對殘余應(yīng)力進(jìn)行抵消，使外部力和殘余應(yīng)力形成合力，進(jìn)而降低殘余應(yīng)力對焊接工作的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，要對三方面進(jìn)行詳細(xì)的考量：首先，根據(jù)工件的實(shí)際情況合理判斷殘余應(yīng)力的消除方式，如果機(jī)械應(yīng)力消除法不符合工件要求，那么要改用其他應(yīng)力消除手段；其次，要進(jìn)行合理的工件施壓處理；最后，外部施壓的時(shí)間、施壓位置、施壓大小都要根據(jù)工件的具體情況進(jìn)行分析。由此可見，在具體施工過程中，機(jī)械應(yīng)力消除法要根據(jù)不同的情況進(jìn)行操作。下圖為焊接應(yīng)力和變形圖。由圖可以看出，不同的變形其表現(xiàn)形式差異很大，因此，分析機(jī)械應(yīng)力的種類可以從其變形形狀得出，進(jìn)而找出對應(yīng)的消除方法。

圖1 焊接應(yīng)力和變形圖

a、收縮變形；b、角變形；c、彎曲變形；d、扭曲變形；e、波浪變形

二、采用機(jī)械應(yīng)力消除法進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力消除的具體方式

（一）殘余應(yīng)力在結(jié)構(gòu)上的分布

焊接殘余應(yīng)力在結(jié)構(gòu)上主要有四種分布情況：第一種，縱向殘余應(yīng)力。通常出現(xiàn)這種殘余應(yīng)力的材料為低碳鋼或者普通合金鋼材料，由于焊縫周邊會(huì)產(chǎn)生縱向應(yīng)力，這種應(yīng)力為拉應(yīng)力，如超越材料的屈服極限將致使變形。進(jìn)行圓筒形焊接時(shí)，要根據(jù)圓筒的大小、直徑等多個(gè)方面分析縱向應(yīng)力的分布，不同的材料會(huì)出現(xiàn)不同的分布情況，焊接人員必須根據(jù)具體的分布情況進(jìn)行合理焊接，避免由于焊接方法選擇錯(cuò)誤而導(dǎo)致焊接失效，或是焊接質(zhì)量下降；第二種，橫向殘余應(yīng)力。所謂橫向殘余應(yīng)力，就是兩塊鋼板在焊接處進(jìn)行了二次焊接，進(jìn)而導(dǎo)致縱向出現(xiàn)不定量的收縮，然而受到焊接影響，兩塊鋼板無法分離，進(jìn)而產(chǎn)生拉應(yīng)力以及壓應(yīng)力，這都是橫向殘余應(yīng)力，是比較難以消除的應(yīng)力，需要技術(shù)人員在工作中積累經(jīng)驗(yàn)，盡量減小該類應(yīng)力；第三種，非自由狀態(tài)下的殘余應(yīng)力。如果焊接件沒有處在自由狀態(tài)，那么變形行為也會(huì)根據(jù)焊接件的狀況受到影響。這種情況下必然產(chǎn)生一些內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力就是非自由狀態(tài)下的殘余應(yīng)力；第四種，封閉焊接時(shí)出現(xiàn)的內(nèi)應(yīng)力。封閉焊接是一種常見的焊接情況，這種焊接方式會(huì)對焊接縫產(chǎn)生一定的約束，出現(xiàn)的殘余應(yīng)力較大。封閉條件下，內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生受到焊接拘束度以及嵌入體的影響，通常情況下，拘束度和內(nèi)應(yīng)力成正比。

此外，殘余應(yīng)力還存在兩方面的延伸影響，分別是：對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及工件穩(wěn)定性的影響；對構(gòu)件脆性斷裂的影響。在機(jī)械應(yīng)力消除法的實(shí)際應(yīng)用中，殘余應(yīng)力會(huì)與承載負(fù)荷產(chǎn)生力的相互疊加，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)件強(qiáng)度出現(xiàn)變化。殘余應(yīng)力的存在會(huì)使載荷面積的分布受到影響，因此，如果構(gòu)件局部出現(xiàn)壓塑性變形的情況，構(gòu)件的穩(wěn)定性會(huì)受到巨大的影響。由此可見殘余應(yīng)力的分布情況會(huì)對構(gòu)件的穩(wěn)定性產(chǎn)生巨大的影響，在進(jìn)行焊接和殘余應(yīng)力處理的過程中要合理考慮構(gòu)件的穩(wěn)定性，避免焊接質(zhì)量受到影響；根據(jù)實(shí)際操作，構(gòu)件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)在很大程度上影響脆性斷裂情況的產(chǎn)生，如果其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在問題，斷裂情況就非常容易出現(xiàn)。所以，在進(jìn)行斷裂問題處理時(shí)，要對殘余應(yīng)力進(jìn)行合理的分析和處理，將其影響降到最低。

（二）機(jī)械應(yīng)力消除法的具體應(yīng)用措施

采用機(jī)械應(yīng)力消除法消除焊接殘余應(yīng)力的具體應(yīng)用措施主要有三方面：首先，在進(jìn)行焊接之前對焊接件進(jìn)行合理的分析和考量，根據(jù)焊接件的實(shí)際情況和焊接試驗(yàn)的結(jié)果選擇科學(xué)合理的焊接手段，在焊接過程中盡可能減少殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。以焊接件的整體結(jié)構(gòu)不受影響為施工基礎(chǔ)，盡可能降低焊縫的出現(xiàn)數(shù)量、縮小焊縫的尺寸。在實(shí)際焊接的過程中可以運(yùn)用反變形法來減少變形，進(jìn)而降低焊接殘余應(yīng)力；其次，要根據(jù)實(shí)際施工情況和焊接件的要求進(jìn)行具體的分析，不僅要考慮元件的尺寸、結(jié)構(gòu)、用途還要對工作條件等多個(gè)方面進(jìn)行分析，參考各方面的數(shù)據(jù)來判斷是否要進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力的消除以及消除方式是否選用機(jī)械應(yīng)力消除法；最后，根據(jù)實(shí)際情況分析決定選擇機(jī)械消除法進(jìn)行殘余應(yīng)力消除后，要確保操作的正確可靠。此外，在殘余應(yīng)力處理結(jié)束后，要對處理效果進(jìn)行審查和分析，確保處理工作有效完成，從而從根本上確保焊接工程的質(zhì)量和水平。若是發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力并沒有完全得以處理，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行二次處理。

結(jié)語

綜上所述，工件焊接工作結(jié)束后，產(chǎn)生相應(yīng)的殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生會(huì)在很大程度上影響焊接的質(zhì)量和水平，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)件的壽命極大的縮減。因此，加強(qiáng)消除焊接殘余應(yīng)力是必不可少的。通常，我們可以采用機(jī)械應(yīng)力處理法對焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行處理，這種處理方式能夠在一定程度上保障焊接質(zhì)量，不過焊接技術(shù)人員也要根據(jù)具體的情況進(jìn)行具體分析和操作。

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