焊接殘余應(yīng)力生成與工藝對(duì)策

焊接剩余應(yīng)力生成

與

工藝對(duì)策內(nèi)容提要1焊接接頭的剩余應(yīng)力2幾種典型的消應(yīng)力原理1焊接剩余應(yīng)力1－1焊接接頭的特性1－2焊接剩余應(yīng)力的形成過程1－3一般接頭的剩余應(yīng)力分布1－4剩余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響焊縫金屬熔合線熱影響區(qū)母材組織成分不同焊接變形與剩余應(yīng)力焊趾與咬邊1－1焊接接頭的特性焊接熱影響區(qū)焊縫金屬細(xì)晶區(qū)粗大珠光體區(qū)脆性區(qū)根本金屬粗晶區(qū)1500℃1200℃750℃900℃400℃強(qiáng)度塑性焊接接頭的力學(xué)性能韌性粗細(xì)晶區(qū)細(xì)晶區(qū)根本金屬焊縫金屬粗晶區(qū)1500℃400℃750℃1200℃900℃200℃低碳鋼屈服限與溫度的關(guān)系屈服強(qiáng)度〔MPa〕溫度℃600℃400℃200℃實(shí)際曲線簡(jiǎn)化曲線1－2焊接剩余應(yīng)力的形成過程受拘束鋼棒在熱循環(huán)中的應(yīng)力應(yīng)變演變過程溫度℃500℃時(shí)間時(shí)間應(yīng)力MPa600℃-σsσs-σs金屬框架的溫度應(yīng)力與剩余應(yīng)力加熱－膨脹－受拘束－產(chǎn)生溫度應(yīng)力〔壓應(yīng)力〕＋壓縮屈服變形冷卻－收宿－受拘束－產(chǎn)生剩余應(yīng)力〔拉應(yīng)力〕＋拉伸屈服變形焊接溫度場(chǎng)焊接方向1100℃800℃500℃300℃250℃平板堆焊焊接溫度場(chǎng)600℃500℃300℃200℃ABCDA600500600500－σσB－σσC－σσD－σσ平板堆焊的縱向應(yīng)力演變過程ABCABC焊縫各截面中的縱向剩余應(yīng)力〔σx〕的分布不同長度焊縫中的縱向剩余應(yīng)力〔σx〕的分布σsσs1－3一般接頭的剩余應(yīng)力分布塑性變形帶寬Bp筒體半徑R板厚δ筒體的縱向剩余應(yīng)力圓筒縱向剩余應(yīng)力的形成規(guī)律由于圓筒環(huán)焊縫的半徑在焊接后縮小，焊縫比在平板上有更大的自由度，故縱向剩余應(yīng)力σx一般比平板上的低。應(yīng)力大小取決于圓筒半徑R、壁厚δ以及塑性變形區(qū)寬度bp。當(dāng)壁厚不變，σx隨R的減小而降低，隨bp的減小而增加。例：δ＝50mm、R＝700mm、埋弧自動(dòng)焊，故縱向剩余應(yīng)力平均值σx＝124MPa。bp＝12bp＝20bp＝30bp＝40bp＝50bp＝80筒體半徑R，mmσx/Eεp02004008006000。810000。20。40。60縱向應(yīng)力σx引起的橫向應(yīng)力σy-+-~σx/3σxσyσsσyσy拘束條件對(duì)橫向應(yīng)力的影響-125MPa240MPa230MPa280MPa125MPa85MPa420MPa厚度向應(yīng)力σz縱向應(yīng)力σx橫向應(yīng)力σy厚板焊接的三向剩余應(yīng)力(10Cr2Mo)ZYX1－4剩余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響對(duì)靜強(qiáng)度的影響：對(duì)塑性材料影響不明顯，但三軸拉應(yīng)力時(shí)有不利影響；對(duì)脆性材料有不利影響。對(duì)機(jī)加工精度的影響：由于剩余應(yīng)力的不穩(wěn)定性造成構(gòu)件的尺寸不穩(wěn)定。對(duì)抗應(yīng)力腐蝕性能的影響：有影響；與材料及作用時(shí)間相關(guān)。剩余應(yīng)力對(duì)受壓桿件穩(wěn)定性的影響：一般影響不明顯，但對(duì)翼緣的寬度與厚度比〔B/δb)較大的H型截面，其局部失穩(wěn)會(huì)引起整體失穩(wěn)；剩余應(yīng)力將通過這一因素起作用。Bδb－＋對(duì)剛度的影響：加載造成剩余應(yīng)力的釋放，對(duì)運(yùn)行的前期有影響。PL1L2G1>G2剛度:G=tgα＝P/LG1G2對(duì)疲勞壽命的影響：對(duì)σmin/σmax比值較低的有影響；消應(yīng)力可以提高疲勞壽命；剩余應(yīng)力在應(yīng)力集中較高時(shí)影響更大。Lg(N)σd106107消應(yīng)力整體熱處理局部熱處理機(jī)械拉伸、擠壓溫差拉伸、溫差控制焊接〔低應(yīng)力無變形焊接〕振動(dòng)*外表沖擊〔噴丸、錘擊或超聲沖擊*〕爆炸消應(yīng)力焊趾重熔*振動(dòng)調(diào)制焊接*采用低溫相變焊材*2－1：振動(dòng)時(shí)效參數(shù)：激振力、激振點(diǎn)、支撐點(diǎn)、激振時(shí)間和激振頻率2－2：

振動(dòng)調(diào)制焊接

試驗(yàn)設(shè)計(jì)激振器電渣焊機(jī)頭試板彈性減振根底振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)振動(dòng)調(diào)制主機(jī)BB503高爐用厚板的振動(dòng)調(diào)制焊接工藝〔VCW)研究焊接過程振動(dòng)加速度分布狀態(tài)分析

0.3g時(shí)的根底振型焊縫中心0.6g時(shí)的根底振型焊接過程溫度分布狀態(tài)分析

焊縫中心溫度剩余應(yīng)力測(cè)量與分析測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)最大主應(yīng)力最小主應(yīng)力主應(yīng)力差縱向應(yīng)力橫向應(yīng)力VW工藝對(duì)機(jī)械性能的影響側(cè)彎試驗(yàn)合格率VCW工藝對(duì)組織及機(jī)械性能的影響側(cè)彎試驗(yàn)合格率0g0.3g0.6g北京電視塔立柱電渣焊冒孔測(cè)點(diǎn)2－3：超聲外表沖擊對(duì)電渣焊冒孔的沖擊比照測(cè)點(diǎn)的布置未沖擊測(cè)點(diǎn)原位置沖擊后測(cè)點(diǎn)2淺打磨沖擊后測(cè)點(diǎn)1

深打磨全焊縫外表沖擊區(qū)焊趾沖擊區(qū)原始焊縫比照區(qū)對(duì)埋弧焊焊縫的沖擊一個(gè)完成測(cè)鉆的測(cè)點(diǎn)不同焊接工藝的剩余應(yīng)力比較電渣焊沖擊前后應(yīng)力的比較全熔透埋弧焊沖擊前后的應(yīng)力比較非熔透埋弧焊沖擊前后應(yīng)力比較超聲沖擊法對(duì)剩余應(yīng)力在分布速度的影響2－4：焊趾重熔TIG重熔TIG重熔的剩余應(yīng)力X射線法測(cè)定2－5：應(yīng)用低溫相變焊條的焊接剩余應(yīng)力

〔LowTransformationTemperatureWeldingElectrode)200－200焊接試樣