焊接应力的控制及消除.doc

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1、焊接应力的控制及消除高红,曲金萍,刘风山,龚帮军,马艳(铁煤集团公司大兴煤矿,辽宁调兵山)摘要:通过对焊件在焊接中产生应力的分析,提出科学合理地控制及消除焊接应力的方法。关键词:焊缝;焊接应力;温度0前言在对矿山设备的机修件进行焊接中,为防止和减少焊件变形,必须控制焊修区域的收缩,但是对收缩变形的控制将会促进内应力的显著增加。焊件自身在焊接过程中,由于受到不均匀的加热和冷却,在结构中必然会产生焊接应力,这些焊接应力会残留在焊后已经冷却的结构中。焊接应力是引起焊接接头中产生各种焊接裂纹的重要因素。焊后残留在结构中的焊接应力将会影响整个结构的使用寿命;因此

2、,控制和消除焊接应力值,有利于提高整个构件的焊接质量。1控制焊接应力的方法1.1从设计上考虑控制焊接应力的方法控制焊接残余应力可以从焊接结构设计上考虑,在保证结构有足够的强度条件下,尽量减少焊缝的数.量和尺寸。1.2合理的焊接顺序法在焊接过程中尽量使所焊焊缝能自由收缩。先焊收缩量较大的焊缝,使其能在结构整体刚性较小的情况下自由收缩;先焊错开的短焊缝,后焊直通长焊缝;当结构上的多余焊缝受力不均时,应先焊在工作时受力较大的焊缝,使焊接应力能合理地分布;焊接带有交叉焊缝的接头,焊接时必须采用保证交叉点部位不易产生缺陷的焊接顺序。如:井下用起吊间在构件上分布着

3、对接焊缝和角焊缝两种焊缝形式,由于对接焊缝的收缩量大于角焊缝的收缩量,所以应先焊对接焊缝。1.3降低局部刚性法结构刚性增加时,焊接应力随之加大,降低局部刚性有利于减少应力。焊接封闭焊缝或刚性较大的焊缝,焊接时可以采取反变形法降低结构的局部刚性,也可根据情况在焊缝附近开缓和槽,降低焊接部位的局部刚性,尽量使焊缝有自由收缩的可能,以便能有效地减少焊接应力。1.4预热和缓冷方法焊件本体上温差越大,焊接应力也越大。焊前对焊件进行预热能减小温差和减慢冷却速度,两者均能减少焊接应力。在焊修前将工件放在炉内加热到一定温度(100～600℃),并在焊接过程中防止加热后

4、的工件急剧冷却,这样降低焊修部分温度与基体金属温度的差值,使膨胀数值接近,从而减少内应力。若焊件整体预热有困难,可采用局部预热,即在焊缝及其两侧不少于80mm处进行加热,因为加热太窄会造成新的温差应力。预热时温升不要太快,要均匀,并要求整条焊缝各部位温度应基本一致。缓冷时将焊接后的工件加热到600℃,放在退火炉内,让它慢慢地冷却下来。1.5锤击法当焊修较长的裂缝和堆焊层,焊缝金属冷却时,由于焊缝收缩时受阻力而产生拉应力,趁着焊缝和堆焊层在赤热的状态下,用锤轻敲焊缝区能使金属展开,焊缝扩展可减少焊缝的收缩,焊接应力可减少1/2～1/4。锤打时,焊修金属温

5、度在800℃时效果最好。若温度降低,敲打力量也要随之减少。进行锤击时,温度应在300℃以下或400℃以上,避免在300～400℃之间进行,因为此时金属材料正处于蓝脆阶段,锤击焊缝容易造成断裂。多层焊时,第一层和最后一层焊缝不用锤击,其余每层都要锤击。第一层不锤击是为了避免产生根部裂纹,最后一层焊缝要焊接得较薄,以便消除由于锤击而引起的冷作硬化。2消除焊接残余应力的措施2.1焊件整体高温回火将整个焊件放在加热炉内加热到一定的温度,然后保温一段时间再冷却,同种材料回火温度越高,时间越少,焊接应力消除越彻底。这种方法可将焊件内80%～90%的焊接残余应力消除

6、掉。保温时间通常按每毫米1～2min,一般不低于30min,不高于3h。2.2局部高温回火只对焊缝及附近区域进行加热以消除焊接残余应力。此方法通常用于焊接管道接头及长构件的对接接头等。2.3机械拉伸法对焊接结构进行加载,使焊接压缩塑性变形区得以拉伸,可减少由焊接引起的局部压缩塑性变形量,使焊接应力得以降低。2.4温差拉伸法用焊修件局部加热的温差来拉伸焊缝区,两侧温度高,焊接区温度低,两侧受热膨胀金属对温度较低的区域进行拉伸,可消除部分应力。3结束语矿山机械零件种类较多,所受载荷和工件条件各不相同,对各类零件机械性能要求也不同。在焊修前,必须对该零件的材

7、料、工作条件、机械性能、热处理等方面有明确的了解,正确安排焊接工艺,采取有利措施,以获得最好焊接效果,达到整个焊件的焊接质量要求。