談化工機(jī)械設(shè)備焊接應(yīng)力產(chǎn)生危害及措施

胡志剛 方紅衛(wèi)

摘要：化工機(jī)械設(shè)備焊接的主要目的是讓設(shè)備構(gòu)件更加牢固，但焊接過程中零件會(huì)受到局部加熱，此時(shí)零件出現(xiàn)收縮或者是膨脹現(xiàn)象，其形狀或者是尺寸因此受到影響而產(chǎn)生變形。焊接變形屬于外界作用和自身作用雙重因素所引發(fā)的約束應(yīng)力，也被稱為焊接應(yīng)力，會(huì)對焊接零件的承載力產(chǎn)生負(fù)面影響，促使零件出現(xiàn)斷裂情況。本文先概述焊接應(yīng)力，然后分析化工機(jī)械設(shè)備焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因以及具體危害，給出應(yīng)對措施，期望能夠減少化工機(jī)械設(shè)備事故發(fā)生概率。

關(guān)鍵詞：化工機(jī)械設(shè)備;焊接應(yīng)力;危害

隨著化工行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，化工機(jī)械設(shè)備需要承擔(dān)的工作任務(wù)也逐漸增多，化工機(jī)械設(shè)備需要具備更好的運(yùn)行穩(wěn)定性，如此才能滿足生產(chǎn)需求。但化工機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過程中，其性能會(huì)受到零部件焊接的影響，在局部對零件加熱的情況下，一些零件的尺寸出現(xiàn)變化，形狀也受到影響，此時(shí)的零件會(huì)因?yàn)樽冃味c其設(shè)備的其他構(gòu)件形成相互約束狀況，該種情況被稱為內(nèi)應(yīng)力。下文將就化工機(jī)械設(shè)備焊接應(yīng)力展開詳細(xì)分析。

1.焊接應(yīng)力概述

化工機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過程中必然需要經(jīng)歷焊接的過程，但在該工藝流程中會(huì)對零件產(chǎn)生焊接應(yīng)力。在外力以及零件自身的作用影響下，零件的焊縫位置出現(xiàn)約束應(yīng)力，進(jìn)而對零件的局部構(gòu)造產(chǎn)生破壞。焊縫所分布的位置不同，焊接應(yīng)力的分布也會(huì)不同，焊接應(yīng)力的大小和零件本身的材質(zhì)、焊材的選擇、焊接工藝、焊縫分布角度等均有密切聯(lián)系[1]。從實(shí)際焊接形態(tài)來看，焊接應(yīng)力呈現(xiàn)出單向應(yīng)力、雙向應(yīng)力以及三向應(yīng)力的形態(tài)。通常情況下，化工機(jī)械設(shè)備所開展的焊接工作會(huì)預(yù)留出比較厚的焊縫，此時(shí)如果焊縫因?yàn)橥饬τ绊懚霈F(xiàn)裂紋情況，就會(huì)對零件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生三向應(yīng)力，此時(shí)零件的材料塑性會(huì)因此受到負(fù)面影響，一些零件的金屬強(qiáng)度如果無法達(dá)到應(yīng)力承載標(biāo)準(zhǔn)甚至?xí)霈F(xiàn)斷裂的情況。焊接應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致零件的承載力下降，也會(huì)影響零件在化工機(jī)械設(shè)備當(dāng)中的作用，進(jìn)而影響到設(shè)備的運(yùn)作性能。

2.化工機(jī)械設(shè)備焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因

從焊接應(yīng)力的形成原因來看，其根本原因主要有下述幾個(gè)方面：（1）焊接過程中的方法選擇不合理。該種情況是=最容易導(dǎo)致焊接應(yīng)力過大，化工機(jī)械設(shè)備的很多部位都需要安裝諸多零部件，其需要焊接的部位也比較多，此時(shí)如果不能選擇合適的焊接工藝，在焊接比較復(fù)雜的零件情況下，焊接的順序很容易出現(xiàn)混亂，而焊接應(yīng)力產(chǎn)生的狀態(tài)以及強(qiáng)度都會(huì)出現(xiàn)不可控的情況[2]。（2）工藝參數(shù)不合理。焊接化工機(jī)械設(shè)備當(dāng)中的零件需要考慮到零件的金屬材質(zhì)以及零件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)情況，在確定零件在整個(gè)設(shè)備中所處的位置以及需要發(fā)揮的功能以后才能夠選擇具體的焊接方法。此時(shí)所設(shè)置的焊接參數(shù)需要符合零件承載力需求，如果參數(shù)出現(xiàn)偏差，那么零件很可能因?yàn)楹附討?yīng)力過大而出現(xiàn)斷裂的情況。（3）零件焊接的數(shù)量以及焊接的位置也會(huì)對焊接應(yīng)力產(chǎn)生影響，促使焊接應(yīng)力過大而對零件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。前文分析中零件焊接過程中產(chǎn)生應(yīng)力會(huì)對零件的體積以及形狀產(chǎn)生影響，如果零件焊縫比較多且焊縫所處的位置過于緊密，那么焊接應(yīng)力的狀態(tài)就會(huì)出現(xiàn)改變，焊接應(yīng)力的數(shù)值也會(huì)因此提升[3]。通常情況下處于封閉狀態(tài)來開展焊接工作或者是焊接密度過大的情況下比較容易產(chǎn)生焊接應(yīng)力。而零件焊接的尺寸以及接頭的位置如果不恰當(dāng)，同樣會(huì)導(dǎo)致焊接應(yīng)力數(shù)值上升，對零件外表產(chǎn)生局部破壞，促使零件強(qiáng)度降低。

3.化工機(jī)械設(shè)備焊接應(yīng)力的危害

化工機(jī)械設(shè)備的焊接需要對零件進(jìn)行冷卻或者是加熱處理，而這兩個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)促使零件的金屬結(jié)構(gòu)因?yàn)椤盁崦浝淇s”原理而產(chǎn)生體積變化，進(jìn)而對零件本身產(chǎn)生焊接應(yīng)力。分析具體原因發(fā)現(xiàn)：化工機(jī)械設(shè)備的焊接主要是將零件與其他的構(gòu)件焊接在一起，此時(shí)焊縫位置的金屬如果處于過熱或者是過冷的環(huán)境當(dāng)中，其金屬溫度變化較大，當(dāng)溫度過高時(shí)，金屬會(huì)因此出現(xiàn)體積膨脹，但如果再被放置到低溫區(qū)域，則金屬零件的體積又會(huì)出現(xiàn)收縮狀態(tài)，此時(shí)兩種形態(tài)下的金屬零件出現(xiàn)熱應(yīng)力和壓應(yīng)力[4]。從零件的組織情況來看，對零件進(jìn)行熱處理或者是領(lǐng)處理都會(huì)對零件的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，當(dāng)零件處于熱環(huán)境中，其組織密度會(huì)因此增加，體積也會(huì)出現(xiàn)膨脹狀態(tài)，此時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力。

零件受到焊接應(yīng)力的負(fù)面影響如下：一是零件在焊接過程中很容易受到焊接應(yīng)力的影響，導(dǎo)致零件的剛度發(fā)生變化。當(dāng)零件外載應(yīng)力和結(jié)構(gòu)當(dāng)中的應(yīng)力相加促使零件的剛度達(dá)到屈服點(diǎn)，此時(shí)零件必然會(huì)出現(xiàn)變形，進(jìn)而直接導(dǎo)致外載能力下降，零件的剛度也會(huì)隨之下降[5]。二是零件在焊接應(yīng)力的作用下靜載強(qiáng)度也會(huì)下降。焊接環(huán)節(jié)零件的應(yīng)力并不處于集中狀態(tài)，但當(dāng)零件發(fā)生變形時(shí)，其殘余的盈利雖然不會(huì)直接對零件結(jié)構(gòu)當(dāng)中的靜載強(qiáng)度產(chǎn)生影響，卻會(huì)因?yàn)榱慵L期處于脆性狀態(tài)而導(dǎo)致零件結(jié)構(gòu)當(dāng)中的應(yīng)力累積到可以斷裂結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。三是零件在焊接流程中其精度及尺寸的穩(wěn)定性比較容易受到焊接應(yīng)力影響。在對零件進(jìn)行焊接時(shí)需要保持零件處于平衡狀態(tài)。但在加工處理零件過程中，會(huì)讓零件的部分位置被隔離，此時(shí)零件結(jié)構(gòu)內(nèi)部的盈利平衡被打破，零件的尺寸發(fā)生變化，其精準(zhǔn)度也會(huì)因此受到影響。四是焊接應(yīng)力會(huì)對零件的疲勞狀態(tài)產(chǎn)生危害。載荷試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)零件承載焊接應(yīng)力的情況下，其疲勞極限發(fā)生改變，零件比較容易受到腐蝕。

4.化工機(jī)械設(shè)備焊接應(yīng)力危害的應(yīng)對措施

為了規(guī)避化工機(jī)械設(shè)備焊接環(huán)節(jié)對零部件所產(chǎn)生的危害和破壞，在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要采取下述應(yīng)對措施。

4.1調(diào)整焊縫設(shè)計(jì)角度

在焊縫布置的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以通過角度調(diào)整的方式來減少零件焊接過程中的應(yīng)力疊加情況，促使焊接應(yīng)力數(shù)值得以降低。首先，避免焊縫出現(xiàn)較差情況，盡可能的調(diào)整焊縫的角度促使各個(gè)焊縫處于分布狀態(tài)。通常情況下，兩件之間的焊縫間距需要超過80毫米，盡可能減少三向應(yīng)力的現(xiàn)象出現(xiàn)。在大型零部件制作過程中，可以采用對應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備，不僅能夠提升零件的生產(chǎn)量，也能夠確保零件本身的性能能夠符合焊接需求[6]。例如，在進(jìn)行球形容器制作過程中，可以采用盈利拼接的方式，規(guī)避斷面區(qū)域出現(xiàn)焊縫的情況。在球形容器的過渡區(qū)域分布的焊縫可以相對集中，而斷面區(qū)域的焊縫則可以分散布置，此時(shí)計(jì)算出斷面區(qū)域的厚度，避免其出現(xiàn)受熱差異過大的情況，有效提升零件材料對焊接應(yīng)力的承載能力。

4.2規(guī)范焊接工藝

焊接環(huán)節(jié)所選擇的工藝需要具備合理性，確保能夠在焊縫本身的剛性較小的情況下開始焊接工作。該種方式能夠盡可能的保持零件處于收縮狀態(tài)來進(jìn)行焊接，而焊接應(yīng)力也會(huì)因此而得以調(diào)整。如果零件焊接所需要預(yù)留的焊縫比較大，則需要先從對角開始焊接，然后再以焊接角焊縫的方式完成焊接工作。如果零件本身的體積比較大，需要在焊接的時(shí)候?qū)⒉糠质湛s情況抵消，則可以先使用圓頭小錘對焊縫的位置進(jìn)行敲擊，促使焊縫當(dāng)中原本的應(yīng)力降低。但該環(huán)節(jié)需要注意錘擊所使用的力度和角度，避免對焊接位置表面造成缺陷，從而影響到零件的結(jié)構(gòu)。

5.結(jié)束語

綜上所述，化工機(jī)械設(shè)備的焊接工藝很容易產(chǎn)生負(fù)面問題，焊接應(yīng)力會(huì)促使化工機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量以及使用性能下降。為此，需要在生產(chǎn)化工機(jī)械設(shè)備過程中注意對零件設(shè)計(jì)角度的調(diào)整，促使焊接應(yīng)力通過角度調(diào)整的方式強(qiáng)化零件剛性。焊接流程中也需要選擇合適的焊接工藝，在焊接之前對零件提前預(yù)熱，盡量減少零件溫差變化過大。在對焊接工藝進(jìn)行針對性處理的情況下，零件因?yàn)榫植考訜崴艿降膿p害被削弱，化工機(jī)械設(shè)備的整體性能也會(huì)因此增強(qiáng)。

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