相关焊接应力和焊接变形控制

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1、学兔兔www.xuetutu.com第38卷第2期石油化工设备Vo1．38No．22009年3月PETRO—CHEMICAIEQUIPMENTMar．2009文章编号：1000—7466(2009)02—0059—05焊接应力和焊接变形控制曾晓虹，向凯，宋瑞艳(兰州石油机械研究所，甘肃兰州730050)摘要：对压力容器和一般钢结构焊接中焊接变形和焊接应力的各种影响因素进行了分析，提出了控制焊接变形和焊接应力的措施。关键词：压力容器；焊接变形；焊接应力；焊接工艺；控制中图分类号：TQ050．6文献标志码：B在压力容器和

2、一般钢结构的制造中，焊接是最焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷常用的连接方法之一。由于焊接产生的焊接残余应却凝固的热过程。在焊接过程中，由于焊接热源和力和残余变形几乎无法避免，因此，其对容器的制造焊接热循环的作用，使焊件受热不均匀，被焊金属各质量和结构的承载能力有着严重影响。因而在压力部分受热时的膨胀与冷却时的收缩情况也不相同，容器和要求较高的钢结构的焊接过程中必需采取措不均匀温度场的存在，导致焊件不均匀的膨胀和收施控制焊接残余应力和残余变形。缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。通常情况下焊接应力和焊

3、接变形同时存在，如果焊1焊接应力和焊接变形件或结构的变形量超过了允许的数值就必须矫正，在焊接结构中，由于自身或外加拘束作用而引虽然有的变形经矫正能达到使用要求，但却需要花起的拘束应力、在焊接接头中扩散氢在显微缺陷处费大量物力和人力，也有的因无法矫正而报废。常聚集而形成的氢致局部应力均称为焊接应力。焊接见的焊接变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变应力的大小及分布与焊件材质、焊接材料、焊接方形、弯曲变形、扭曲变形以及波浪变形等(图1)。法、焊接参数、装配焊接顺序、焊接构件的刚度以及2焊接变形影响因素及控制措施外加的拘束

4、程度等因素有关。按照焊接应力在空间的方向可以分为单向应力、双向应力和三向应力。2．1影响因素薄板对接时，可以认为是双向应力。大厚度焊件的(1)焊缝截面积焊缝截面积是指熔合线范围焊缝、3个方向焊缝的交叉处以及存在裂纹、夹渣等内的金属面积。焊缝截面积越大，冷却时收缩引起缺陷处通常出现三向应力。三向应力使材料的塑性的塑性变形量越大，焊缝截面积对纵向、横向及角变降低、容易导致脆性断裂，它是一种最危险的应力状形的影响趋势是一致的，而且是主要的影响因素，因态。常见的焊接应力有纵向应力、横向应力和厚度此，在被焊接件厚度相同时，坡口

5、尺寸越大，收缩变方向应力。形越大。大量的研究表明，当构件经受不均匀加热时，会(2)焊接热输入一般情况下，热输人大时，加在局部区域产生塑性应变。当热源撤离、构件温度热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区恢复到原始的均匀状态时，由于在构件内部发生了增大。不可恢复的塑性变形，因而产生了相应的内应力，这(3)焊接方法焊接方法不同，热输入量也不个内应力就称为残余应力。焊接结构中的残余应力同。有关文献显示，除电渣焊以外，埋弧焊热输入最会影响结构的承载能力，而且往往是引起裂纹和脆大，在其他条件如焊缝截面积等相同的情况下，收

6、缩断的根源。变形最大，手工电弧焊和CO气体保护焊的热输入收稿日期：2008一ll一14作者简介：曾晓虹(1968一)，女，四川成都人，工程师，主要从事压力容器制造方面的工作。学兔兔www.xuetutu.com石油化工设备2009年第38卷量相对较小。层时与堆焊的条件和变形规律相似，因此，横向收缩变形相对较小。②多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且每一焊层都对下一焊层形成约束，因此，多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊接层数越多，纵向

7、变形越小。2．2焊接变形控制措施在工程实践中，由于各种因素的综合作用，焊接变形变得比较复杂。了解各因素单独作用的影响便于对工程具体情况做具体分析，采取合理的控制焊接变形的措施。根据笔者的经验，采取以下措施能(a)纵向收缩变形(AL)及横向收缩变形(AB)有效控制焊接变形[1]。(1)减小焊缝截面积，在满足强度、焊接工艺等各种要求的前提下，尽可能采用较小的坡口尺寸(角度和间隙)。(2)对屈服强度345MPa以下、淬硬性不强的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或适当降低(b)弯曲变形预热温度和层间温度，优先采用热输入较小

8、的焊接方法，如CO气体保护焊。(3)厚板焊接尽可能采用多层焊。(4)在满足设计要求的情况下，纵向加强肋和横向加强肋可采用间断焊接法。(5)双面均可焊接时，要采用双面对称坡口，并在多层焊时采用与构件中性轴对称的焊接顺序。(6)T形接头且板厚较大时采用开坡口角对接(c)角变形焊缝。图1常见的焊接变形示意(7)采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。(4