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焊接残余应力的控制和消除

焊接残余应力的控制与消除方法 来源:焊接残余应力的控制与消除方法作者:李经理网址:浏览数:733次

分享到: 1。焊接残余应力的原因

构件焊接时,会在焊件上产生局部高温的不均匀温度场。焊接中心温度可达160℃,高温区的钢材会有较大程度的膨胀和伸长,但受到相邻钢材的约束,从而在焊件中产生高温应力。在焊接过程中,它随着时间和温度不断变化,这就是所谓的焊接应力。焊接应力高的部分甚至会达到钢材的屈服强度而发生塑性变形,所以钢材冷却后焊件中会产生残余应力,称为焊接残余应力。并且在冷却过程中,钢材由于不能自由收缩而被拉伸,所以焊件中存在一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。残余应力是一种自平衡力系统。当构件承受拉、压等荷载时,荷载引起的应力会与截面的残余应力叠加,使构件的某些部位提前达到屈服强度,发生塑性变形,严重降低构件的刚度和稳定性,降低结构的疲劳强度。

2.焊接残余应力对结构性能的影响

焊接残余应力对结构非常不利,主要表现在以下几个方面:

1)对构件刚度的影响

当外载荷产生的应力与结构某一区域的残余应力之和达到屈服点δs时,该区域的材料将产生局部塑性变形,失去进一步承受外载荷的能力,导致结构的有效截面积减小,结构的刚度随之降低。

2)对压杆稳定性的影响

当外荷载引起的压应力与残余应力中的压应力之和δs时,这部分截面将失去进一步承受外荷载的能力。贬值削弱了构件的有效截面积,改变了有效面积的分布,降低了受压构件的稳定性。

3)对静载强度的影响

对于没有严重应力集中的焊接结构,只要材料具有一定的塑性变形能力,残余应力就不会影响结构的静载荷强度。如果材料处于脆性状态,拉伸残余应力和外载荷应力的叠加可能是局部应力首先达到断裂强度,导致结构的早期破坏。

4)对疲劳强度的影响

当残余应力存在时,键的应力周期发生偏移。这种偏移只改变其平均值,不改变其幅度。结构的疲劳强度与应力循环的特性有关。当应力循环的平均值增大时,其极限振幅会减小,反之亦然。因此,如果应力集中处存在拉伸残余应力,疲劳强度会降低。

5)对焊接件加工精度和尺寸稳定性的影响。

当一些材料被机械加工从焊件上切下时,这里的残余应力也被释放出来。残余应力原有的平衡状态被破坏,焊件变形,加工精度受到影响。

6)应力腐蚀开裂的影响

应力腐蚀开裂(SCC)是在拉伸残余应力和化学腐蚀的作用下产生裂纹的现象,在一定的材料和介质的组合下发生。应力腐蚀开裂所需的时间与残余应力有关。拉伸残余应力越大,应力腐蚀开裂的时间越短。

3.焊接残余应力的控制和消除方法

鉴于焊接残余应力的不利影响,必须采取措施控制其产生和部分消除。常用的焊接残余应力控制方法有:利用焊接顺序和方法控制焊接残余应力、降低结构局部刚度、锤击焊缝区、预热、加热降低应力区、高温回火等。采用机械拉伸法消除焊接残余应力,采用温差拉伸法消除焊接残余应力,这是本文的重点,采用爆炸法消除焊接残余应力。优化了焊接接头的设计。

其中,省时省力的使用可以大大提高企业的生产效率,降低生产成本。下面介绍如何利用超声波振动消除焊接残余应力。

当构件在变载荷作用下的应力达到一定值后,经过反复循环加载,结构中的残余应力逐渐降低,即可以通过超声振动消除焊接残余应力。

超声波振动法的优点是设备简单易操作,成本低,工效高,高温回火时不存在氧化问题,消除应力主要在工厂进行。

它利用金属在常温下的冷塑性,结合高射束能量对金属零件进行强化和微变形,将高射束能量冲击原理与机械加工中的各种机械工艺相结合,实现微小孔的纳米级加工。机械加工技术可以使金属零件表面达到较好的表面粗糙度,消除残余应力,减少刀具损耗,降低工艺和人工费用,同时在零件表面产生压应力,提高零件的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性,延长疲劳寿命。

高频高能束加工的总称,包括激光束、电子束、离子束和高频高能束加工。高频率(频率为20-100 kHz)、高能量密度、小振幅的远光能量机械能与温度略高于室温的活化能的复合能量,通过各种传输方式,渗透到金属组织中,改变金属塑性,从而实现金属改性加工。在加工上,效率更高,效果也刚刚好。解决了很多机械行业机械加工中的力学问题;可加工HRC65度以下的零件,金属表面光洁度可提高三级以上。最高夹持光洁度可达到Ra0.02μm的超镜面效果,从而达到提高工件疲劳强度和消除残余应力的效果。


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