機械應(yīng)力消除法對焊接殘余應(yīng)力的影響

黎江勇（重慶江東機械有限責(zé)任公司，重慶　404020）

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機械應(yīng)力消除法對焊接殘余應(yīng)力的影響

黎江勇
（重慶江東機械有限責(zé)任公司，重慶404020）

摘要：在大型工程中，尤其是鋼結(jié)構(gòu)工程中，焊接技術(shù)處理起著至關(guān)重要的作用。但是，在焊接過程中，通常會出現(xiàn)殘留應(yīng)力，其對整個結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大的影響，在此種情況下，需要積極采取有效的措施減少或消除殘余應(yīng)力，以便減少對結(jié)構(gòu)的影響，從而確保結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)勢能夠充分發(fā)揮出來。通過機械應(yīng)力消除法可以有效的減少焊接殘余應(yīng)力，本文就機械應(yīng)力消除法的相關(guān)概念進行分析，并對焊接殘余應(yīng)力的分布與影響進行討論，以便探索機械應(yīng)力消除法應(yīng)對焊接殘余應(yīng)力的措施與影響，從而有效的提高焊接技術(shù)的作用。

關(guān)鍵詞：機械應(yīng)力消除法；焊接殘余應(yīng)力；影響

0　引言

隨著焊接技術(shù)在日常生活與生產(chǎn)過程中的應(yīng)用范圍不斷擴大，對焊接技術(shù)的研究越來越深入，但是針對目前焊接技術(shù)殘余應(yīng)力問題還需深入研究。在焊接過程中，為了有效的減少焊接殘余應(yīng)力而導(dǎo)致變形現(xiàn)象，需要采取積極有效的措施來解決，其也是焊接過程中急需要解決的問題。焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的強度、材料性能等均會帶來較大的不良影響，需要采取有效的措施減少或消除殘余應(yīng)力，以便充分發(fā)揮出結(jié)構(gòu)的性能與作用，從而促進焊接技術(shù)水平的提高。

1　機械應(yīng)力消除法的概念

機械應(yīng)力消除法指的是在焊接結(jié)構(gòu)中，根據(jù)實際情況適當(dāng)?shù)脑黾右恍┩獠繅毫?，從而可以確保焊接殘余應(yīng)力與外部壓力形成一股合力，在使用機械應(yīng)力消除法對焊接殘余應(yīng)力進行消除的過程中，需要對工件是否能夠使用此種方法來處理進行分析。同時，還需要對工件進行科學(xué)合理的選擇，在加壓部位對其進行有效的處理。另外，還需要充分考慮到外部施壓程度與時間，需要遵循適度原則［1］。

2　焊接殘余應(yīng)力的分布與影響

焊接殘余應(yīng)力并不是所有都是雙軸向分布的，厚度方面的殘余應(yīng)力較小，但是，對不同結(jié)構(gòu)的影響也不同。

2.1縱向殘余應(yīng)力

在焊接的過程中，尤其是低碳鋼與普通低合金進行焊接的時候，焊縫與其附近的縱向應(yīng)力主要為拉應(yīng)力，其數(shù)值能夠達到材料抗屈服能力的最大值。當(dāng)焊接工件尺寸較小的時候，該應(yīng)力可以忽略。但是圓筒行的工件其縱向殘余應(yīng)力會存在一定的差異，其應(yīng)力數(shù)值與圓筒的直徑長度具有緊密的聯(lián)系。焊縫上的殘余應(yīng)力會由于其直徑長度的增加而變大，并且隨著這一趨勢的不斷增強，應(yīng)力分布會越來越相似與平板時的分布規(guī)律［2］。縱向殘余應(yīng)力的分布情況如圖1所示。

2.2橫向殘余應(yīng)力

在焊接的過程中，橫向殘余應(yīng)力主要可以當(dāng)做是沿著焊縫切開的兩條鋼板縫邊緣處進行重新組合與對接的產(chǎn)物，焊接邊緣可以在縱向方面具有一定的收縮量，但是，在兩塊鋼板之間猶豫焊縫逐漸形成一個整體，從而就會在焊縫中間出現(xiàn)一定的拉應(yīng)力，而焊縫兩端會出現(xiàn)壓應(yīng)力，從而導(dǎo)致橫向殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。橫向殘余應(yīng)力的分布情況如圖2所示。

2.3非自由狀態(tài)下殘余應(yīng)力

當(dāng)焊接工件處于非自有狀態(tài)下，該工件的變性行為會受到較大的局限性，因此，導(dǎo)致在這種情況下焊接的工作內(nèi)部會出現(xiàn)較大的殘余應(yīng)力，會對工件本身的性能與作用產(chǎn)生較大的不利影響。

2.4封閉焊縫殘余應(yīng)力

在焊接加工處理的過程中，封閉式焊縫會受到較大的影響，從而會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，其殘余應(yīng)力的大小誘發(fā)因素較多，其中主要因素是焊接剛度與嵌入體本身的實際情況有著密切聯(lián)系。一般情況系，焊接剛度越大，其殘余應(yīng)力越大［3］。

3　使用機械應(yīng)力消除法應(yīng)對焊接殘余應(yīng)力的措施與影響

（1）使用機械應(yīng)力消除法應(yīng)對焊接殘余應(yīng)力的措施。為了有效的減少焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生與不離影響，需要在設(shè)計與焊接技術(shù)兩個方面采取機械應(yīng)力消除法對其進行處理。首先，需要減少焊接縫的數(shù)量，在確保結(jié)構(gòu)強度的前提下，需要盡量的減少焊接縫的截面積。其次，焊接縫不得過于密集，需要避免出現(xiàn)交叉情況。受壓件的主要焊接縫與相鄰區(qū)域應(yīng)盡量避免焊接零件，如果無法避免，焊接零件的焊縫需要穿過主要焊縫，不得在焊縫上與相鄰區(qū)域終止。再次，需要盡量使用剛性較小的接頭形式，針對管接頭方面，可以使用翻邊連接代替插入管連接，以便有效的降低約束力與殘余應(yīng)力。

（2）使用機械應(yīng)力消除法對焊接殘余應(yīng)力的影響。機械應(yīng)力消除法可以有效的降低焊縫以及相鄰區(qū)域的軸向與徑向應(yīng)力，針對遠離焊縫中心的區(qū)域，其應(yīng)力相對較小。在焊接的時候，焊縫金屬會受熱膨脹，并且會由于受到外圍固態(tài)金屬的束縛，從而會表現(xiàn)出壓應(yīng)力。當(dāng)其冷卻的時候，焊縫金屬會遇冷收縮，同樣會受到外圍固態(tài)金屬的束縛，焊縫與附近區(qū)域的應(yīng)力會表現(xiàn)為拉應(yīng)力。為了有效的確保結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力的平衡狀態(tài)，需要將壓應(yīng)力區(qū)域向焊縫中心外移動。而卸載之后，塑性變形會恢復(fù)原始狀態(tài)，可以有效的降低殘余應(yīng)力，以便確保結(jié)構(gòu)內(nèi)部的平衡。

4　總結(jié)

在焊接工藝過程中，會不可避免的出現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力，針對這些殘余應(yīng)力，其對焊接工件的影響較大，尤其是會對其質(zhì)量與使用壽命產(chǎn)生較大的影響，嚴(yán)重者會出現(xiàn)較大的質(zhì)量安全隱患，會影響到工件的性能與作用。因此，需要對其采取積極有效的措施處理。通過采用機械應(yīng)力消除法可以有效的減少或消除焊接殘余應(yīng)力，將工件的作用充分發(fā)揮出來，同時，可以有效的提高焊接工藝水平。

參考文獻：

［1］王旭.談機械應(yīng)力消除法對焊接殘余應(yīng)力的影響［J］.科技論壇，2014，32（08）:183-184.

［2］徐濟進，陳立功.$機械應(yīng)力消除法對焊接殘余應(yīng)力的影響［J］.機械工程學(xué)報，2013，22（12）:897-898.

［3］于桂春.機械應(yīng)力消除法對焊接殘余應(yīng)力的影響淺談［J］.科技通報，2013，29（17）:476-477.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.047