焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的研究

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的研究進(jìn)一步加深，焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對一個構(gòu)件的影響非常大，它會影響構(gòu)件的使用以及構(gòu)件的后期承受能力，同時，我們知道構(gòu)件如果出現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力，那么焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力會使構(gòu)件產(chǎn)生比較大的焊接裂紋。總之，焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對于一個構(gòu)件的質(zhì)量好壞起著至關(guān)重要的作用，文章從多個方面對焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力作出了研究。

關(guān)鍵詞：焊接結(jié)構(gòu)；殘余應(yīng)力；結(jié)構(gòu)研究

構(gòu)件的焊接應(yīng)力是在焊接時產(chǎn)生局部的高溫，高溫部分材料要求強(qiáng)大的膨脹伸展但是受到旁邊材料的約束，從而使焊件內(nèi)引起較高的溫度應(yīng)力，并且在焊接過程中隨著時間和溫度的變化而變化，當(dāng)焊接應(yīng)力較高的部位達(dá)到焊接材料屈服強(qiáng)度而發(fā)生塑性變形，鋼材冷卻后將有殘存于焊件內(nèi)的應(yīng)力，就是焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力。由焊接結(jié)構(gòu)的定義來看，焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對一個構(gòu)件的影響極其之大，我們在焊接過程中應(yīng)該要注意焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力這一問題。

1 焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件的影響

1.1 焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的影響

一個構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度與焊接的應(yīng)力循環(huán)有關(guān)，當(dāng)一個構(gòu)件的焊接的應(yīng)力循環(huán)的平均值增加時，它的極限就會有所降低，所以說如果在構(gòu)件的應(yīng)力上存在著焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力，那么這個構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度則會大大地降低。實際條件下，如果一個構(gòu)件的焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力過大，有時達(dá)到材料的最大承受能力，那么就會對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生極其之大的影響，最終會影響到一個構(gòu)件的質(zhì)量以及后續(xù)的使用。所以我們?nèi)绻胧购讣臉?gòu)件達(dá)到一定的疲勞強(qiáng)度，我們就不僅僅只是應(yīng)該關(guān)注構(gòu)件的前期制作，更應(yīng)該注意在焊接時的殘余應(yīng)力問題。

1.2 焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件的穩(wěn)定性的影響

眾所周知，當(dāng)一個構(gòu)件受到各種壓力、彎壓時，構(gòu)件就會出現(xiàn)各種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，比如說受壓桿件會不穩(wěn)定、焊件加工精度和尺寸會不穩(wěn)定等。而當(dāng)焊件產(chǎn)生焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力時，構(gòu)件的不穩(wěn)定問題會更加的嚴(yán)重。當(dāng)外面的壓力與焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力同時作用于構(gòu)件時，會出現(xiàn)更加嚴(yán)重的問題，焊件會出現(xiàn)由于有效截面積嚴(yán)重不足而導(dǎo)致的受壓桿件不穩(wěn)定以及由于焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力之前的平衡狀態(tài)被破壞而導(dǎo)致的焊件加工精度和尺寸不穩(wěn)定等等一些嚴(yán)重的問題。而這些都是使一個構(gòu)件使用強(qiáng)度不高以及穩(wěn)定性不夠的主要因素。因此，如果我們想使構(gòu)件的加工精度和尺寸達(dá)到一定的穩(wěn)定程度，那么我們就應(yīng)該解決焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的問題。

1.3 焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件變形以及剛度的影響

可想而知，當(dāng)一個構(gòu)件的外部壓力與焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力進(jìn)行同時施壓時，那個構(gòu)件會出現(xiàn)極其影響構(gòu)件質(zhì)量的問題，那就是我們常見的構(gòu)件變形問題。我們知道，當(dāng)一個構(gòu)件受到外部壓力時，如果這一外部壓力達(dá)到了一定的強(qiáng)度，這個構(gòu)件就會很難維持其固有的形狀，若再加之焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件的施壓，那就極有可能會達(dá)到構(gòu)件的最大屈服程度，從而使得構(gòu)件發(fā)生很大的變形，同時也會使構(gòu)件的剛度發(fā)生極大的變化。這個問題會大大地影響構(gòu)件的質(zhì)量。焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件變形以及剛度的影響也是影響構(gòu)件強(qiáng)度的重要因素之一。因此，如果想使構(gòu)件不易變形的話，我們應(yīng)該積極地解決焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的問題。

1.4 焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件靜力強(qiáng)度的影響

如果沒有一種嚴(yán)重集中的焊接結(jié)構(gòu)，焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力將不會對構(gòu)件的靜力強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，但是如果構(gòu)件有著一種比較集中的焊接結(jié)構(gòu)，并且構(gòu)件處于比較脆弱的狀態(tài)，那么焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力則會對構(gòu)件的靜力強(qiáng)度產(chǎn)生極大的影響。焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件靜力強(qiáng)度的影響也是構(gòu)件質(zhì)量的重大影響因素之一。所以，如果我們想保證構(gòu)件的靜力強(qiáng)度，我們應(yīng)該積極地解決焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的問題。

1.5 焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件開裂的影響

如果構(gòu)件接觸到了一定量的腐蝕化學(xué)藥劑，那么焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力再加上腐蝕化學(xué)藥劑的作用，構(gòu)件則會出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象，如果加入的腐蝕化學(xué)藥劑比較多，那么構(gòu)件會在比較小的焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力作用下短時間內(nèi)發(fā)生開裂。焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對構(gòu)件開裂的影響極大地影響了構(gòu)件的后期使用。所以，如果我們想保證構(gòu)件不發(fā)生開裂現(xiàn)象，我們應(yīng)該積極地解決焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的問題。

2 消除焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的方法

2.1 從設(shè)計方面消除焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的方法

第一，我們應(yīng)該盡量地減少焊縫的數(shù)量和尺寸；第二，避免出現(xiàn)焊縫過分的集中或多方向的焊縫相交于一點的情況；第三，我們應(yīng)該使焊縫盡可能對稱布置，以達(dá)到連接過渡盡量平滑的目的，避免截面突變和應(yīng)力集中現(xiàn)象；第四，在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，并且不應(yīng)該只采用一條正面角焊縫來傳力；第五，焊縫應(yīng)布置在焊工便于達(dá)到和施焊的位置，并有合適的焊條運轉(zhuǎn)空間和角度，盡量避免仰焊。

2.2 從工藝方面消除焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的方法

第一，我們應(yīng)該采用適當(dāng)?shù)暮附禹樞蚝头较颍宰龊孟附咏Y(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)工作；第二，我們應(yīng)當(dāng)先焊收縮量較大的焊縫，然后再焊收縮量較小的焊縫；第三，我們應(yīng)該先焊錯開的短焊縫，然后再焊直通的長焊縫，目的是使焊縫有比較大的橫向收縮余地；第四，我們應(yīng)該先焊使用時受力較大的焊縫，然后再焊受力較次要的焊縫，因為受力較大的焊縫在焊接和冷卻過程中有一定范圍的伸縮余地，可以減小焊接的殘余應(yīng)力；第五，反變形。也就是在施焊前使構(gòu)件有一個與焊接殘余變形相反的預(yù)變形，以減小最終的總變形；第六，預(yù)熱、后熱。也就是施焊前先將構(gòu)件整體或局部預(yù)熱，焊接后保溫一段時間，以減小焊接和冷卻過程中溫度的不均勻程度，從而降低焊接的殘余應(yīng)力并減少發(fā)生裂紋的危險。較厚鋼材或溫度低于0℃的情況焊接時，通常應(yīng)對焊縫附近局部進(jìn)行預(yù)熱；第七，高溫回火（或稱消除內(nèi)應(yīng)力退火）。在施焊后進(jìn)行高溫回火，也就是加熱到一定的程度，保持一段時間恒溫后緩慢冷卻。對較小焊件可進(jìn)行整體高溫回火，由于加熱已達(dá)鋼材的熱塑性溫度，可消除大部分焊接的殘余應(yīng)力。對某些較大的焊件有時可對焊縫附近或焊接的殘余應(yīng)力較大的部位附近進(jìn)行局部的高溫回火，以減小焊接的殘余應(yīng)力（降低峰值和改善分布）；第八，用頭部帶小圓弧的小錘輕擊焊縫，使焊縫得到延展，也可以達(dá)到降低焊接的殘余應(yīng)力的目的。

3 結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力所凸顯的問題也越來越多，我們對解決焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力問題的要求也越來越高，我們高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)為解決這個棘手的問題提供了良好的條件，也為解決焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力問題建立了一個很好的技術(shù)基礎(chǔ)，我們不僅可以通過以上所述的傳統(tǒng)方法去解決焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的相關(guān)問題，而且也可以通過把高科技和傳統(tǒng)的解決辦法相結(jié)合的方式去更好地解決焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的相關(guān)問題。筆者相信，通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，我們會解決好焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力的相關(guān)問題。

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