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[摘 要]近年来,现代焊接向着大型化、高精度的方向发展,如何采取措施减小金属构件在焊接工序中发生的应力与应变,从而提高焊接工序的精度.有着十分重要的现实意义.
[关 键 词]焊接变形焊接应力产生原因控制措施
在焊接过程中,由于焊件局部的温度发生变化,产生应力变形.进而导致了构件产生变形.因此,通过对焊接结构及焊接变形的分析,通过对焊接工艺焊件结构设计等方面采取有效措施,从而提高焊接质量.
一、焊接应力与焊接变形的产生原因
焊接应力,是焊接构件由于焊接而产生的应力.焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的形状和尺寸变化.焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因.焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观,因此是设计和制造中必须考虑的问题.
1.焊件的不均匀受热
（1）对构件进行不均匀加热,在加热过程中,只要温度高于材料屈服点的温度,构件就会产生压缩塑性变形.冷却后,构件就会有残余应力.
（2）焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反.
（3）焊接加热时,焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形,冷却时压缩塑性变形区要收缩.
（4）焊接过程中及焊接结束后,焊件中的应力分布是不均匀的.焊接结束后,焊缝及其附近区域的残余应力通常是拉应力
2.焊缝金属的收缩
焊缝金属冷却时,当它由液态转为固态时,其体积要收缩.由于焊缝金属与母材是紧密联系的.因此,焊缝金属并不能自由收缩,这将引起整个焊件的变形,同时在焊缝中引起残余应力.另外,一条焊缝是逐步形成的,焊缝中先结晶的部分要阻止后结晶部分的收缩,由此也会产生焊接应力与变形.
3.金属组织的变化
金属在加热及冷却过程中发生相变,可得到不同的组织,这些组织的比容不同,由此也会造成焊缝应力与变形.
4.焊缝的刚性和拘束
焊缝的刚性和拘束,对焊件应力和变形也有较大的影响.刚性是指焊件抵抗变形的能力.而拘束是焊件周围物体对焊件变形的约束.刚性是焊件本身的性能,它与焊件材质,焊件截面形状和尺寸有关,而拘束是一种外部条件,焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小,则焊接变形越大,而焊接应力越小.
焊接变形的控制措施及消除方法
二、控制焊接应力与变形的措施
焊接以后留下一定的残余应力是不可避免的,但是可以通过恰当的工艺措施给予一定程度的控制.使之危害尽可能减小.
控制内应力的方法有多种,但其基本原则只有一个,就是缓和对焊缝收缩的制约,通常采用的工艺措施有：一、采用合理的焊接次序.是尽量使焊缝能比较自由的收缩,尤其是对那些收缩比较大,残余应力比较大的焊缝.二、预热法.由于被焊工件各部位的温差越大,焊缝的冷却速度越快.则焊接接头的残余应力就越大.预热既能减小工件各部位的温差,又能减缓冷却速度.它是降低焊接残余应力的有力措施之一.
三、消除焊接应力的方法
消除焊接应力的方法有：热处理法、机械法和振动法
1、热处理方法包括：整体热处理和局部热处理.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.
2、机械法,锤击焊缝法在焊缝的冷却过程中,用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝,使金属产生塑性延伸变形,抵消一部分焊接收缩变形,从而减小焊接应力和变形.
3、振动法,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.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.
四、矫正焊接变形的方法,
当前矫正焊接变形的方法有两种：一是机械矫正法即根据理论计算和实践经验,预先估计结构焊接变形的方向和大小,然后在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的预置变形,以抵消焊后产生的变形.二是火焰矫正法即通过火焰局部加热方法来造成塑性变形已达到矫正的目的.
焊接构件采用哪种方法控制应力及变形,要进行具体分析.根据不同状况,选择一种或多种控制措施.从而达到既保证安全又经济实用的目的.