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1、第22卷第4期湖北工业大学学报2007年08月Vol.22No.4JournalofHubeiUniversityofTechnologyAug.2007[文章编号]1003-4684(2007)04008803用热处理方法消除奥氏体不锈钢焊接残余应力周金枝,钟斌(1湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉430068;2武昌造船厂成套部,湖北武汉430060)[摘要]通过分析焊接参数对焊接残余应力影响,结合加工试件要求,确定焊后热处理消除焊接残余应力的最佳工艺程序,并取得良好的效果.[关键词]残余应力,焊后热处理,焊接,工艺程序[中图
2、分类号]TG407[文献标识码]A因为奥氏体不锈钢(如304不锈钢)在高温下的焊接残余应力是构件未受荷载时的应力,因而强度和低温下的断裂韧性以及耐腐蚀性非常好,被是自相平衡的内应力体系,即在任何截面上残余应广泛应用于工程结构中.但奥氏体不锈钢具有较高力均有拉又有压,内力和内力矩平衡.在熔合线附近的热膨胀系数和低的热传导系数,在焊接过程中产产生并残留较大拉应力,而在焊接线以外的部分产生大量的收缩、变形和残余应力.在焊接过程中,当生并残留与之相平衡的压应力.拉应力在多数情况焊接温度冷却到常温时,残余应力以热应力的形式下将达到材料的屈服点,导致焊接变形.压
3、应力的最残留在焊接构件中,消除焊接结构中的残余应力一高值往往低于拉应力,同时在垂直于焊接线的方向直是工程界关心的问题,对此也进行了大量的实验上产生沿板厚方向变化的残余应力.该残余应力值研究,并取得许多研究成果.通过对焊接残余应力产在无拘束的场合比较小,但当垂直于焊接线方向上生的机理和焊接参数对焊接残余应力的影响进行分的收缩被拘束时,该值则增大,如果拘束很大就会在析,并综合考虑加工结构特点,确定采用焊后热处理整个截面产生残余拉应力.的方法来消除某防护门关键部件中的焊接残余应力,并取得了良好的结果.1焊接残余应力焊接过程中,焊接接头区域受到不均匀的加热和冷
4、却作用,而周围的母材金属则对焊接接头产生图1加热和冷却过程中残余应力一定的刚性约束.焊接加热时,焊接接头区域不能自由的膨胀,焊后冷却过程中又不能自由收缩,必然会残余应力对结构的脆性破坏、疲劳破坏、抗弯强产生焊接应力和焊接变形.当焊接加热时,焊缝和附度和应力腐蚀裂纹都有很大的影响.在焊接过程中,近区将产生压应力,而远离焊缝两侧会产生拉应力.由于应力分布的不平衡,将导致构件产生焊接变形.当焊后冷却时,焊缝和附近区将产生拉应力,远离焊在焊缝区、熔合线、过热区将形成晶粒粗大的树枝状缝两侧会产生压应力,图1为熔合线附近区域材料组织和粗大魏氏组织,导致焊接材料产生
5、硬化、脆化热循环过程图.由于局部加热和随后的迅速冷却还现象,使焊接结构在以后的延时或服役中产生严重将导致焊接接头处金相组织发生变化,产生相变应的断裂破坏现象.力,所以焊接残余应力为热应力(主要为冷却应力)[1]和相变应力的叠加.[收稿日期]2007-03-20[作者简介]周金枝(1964-),女,湖北武汉人,湖北工业大学教授,工学博士,研究方向:工程结构强度分析与计算.第22卷第4期周金枝等用热处理方法消除奥氏体不锈钢焊接残余应力892焊接参数对焊接残余应力的影响试件按某防护门的关键部件支垫块、枕垫块进行1:1制作,材料是奥氏体不
6、锈钢0Cr19Ni9N,尺寸3500mm400mm180mm,试板一边开长180mm、深10mm、坡口角度为75的V型坡口,采用钨极氩弧焊进行对接,焊接前进行退火处理.焊缝宽图3热输入对最大焊接残余应力的影响22mm,余高115mm左右.因为板厚>38mm,所[2]以焊前应进行100~120!预热.预热应在板厚全断材料特性随温度的变化规律如图4所示.相[3]面均匀加热,预热区宽度应不小于焊缝两侧3倍的变温度对残余应力的影响规律如图5所示.板厚,且不小于100mm.距焊缝50mm处用表面测温计进行温度测量.在焊态下进行焊接接头残余应力的测量时,测量方
7、法采用钻盲孔测量法,盲孔直径2mm、深2mm.测试前,用钢锉锉平焊缝并用砂布打磨,方便应变片的粘贴.测试表面的处理工艺应保持一致,残余应力计算时应消除切削应力和孔边效应的影响.在距熔合线7,17,27,37,47mm处粘贴应变计,监测焊接残余应力.在距熔合线1,13,33和45图4材料特性随温度的变化mm处,并在表面下3mm的地方安装4个热电耦,用于测量热循环过程中焊接残余应力的变化.焊接参数如表1所示,有5种焊接条件.表1焊接参数焊接电流电压焊接速度气体流动速度热输入条件/A/V/(cm∀min-1)/(L∀min-1)/(kJ∀cm-1)A200
8、16.012.015.015.0B18015.012.015.013.5图5相
