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發(fā)表于 2016-7-20 17:12:39
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焊接工藝對不銹鋼焊接變形的研究* [& {6 M, c9 l
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摘要:當(dāng)今,,不銹鋼焊接工藝作為一種實用的技術(shù)手段,已經(jīng)被我們廣泛使用,。從小零件到航空航天,,都有它的身影,應(yīng)用非常普遍,。但是有一個問題困擾了許多學(xué)者多年,,那就是焊接過程時刻伴隨著焊接應(yīng)力,這種焊接應(yīng)力將會導(dǎo)致焊件產(chǎn)生變形,,嚴(yán)重影響了焊件的質(zhì)量,。隨著社會發(fā)展,這個問題使焊接工藝面臨很大的挑戰(zhàn),,為了能讓它更好的服務(wù)我們的生活,,我們必須對它有新的認(rèn)知,,深入了解它的產(chǎn)生的原因、影響以及應(yīng)對措施,,給予全方面的定位,做到與時俱進(jìn),。本文系統(tǒng)的研究了不銹鋼焊接變形的問題,。( V; D* ]2 f* M3 I4 w6 I3 j* ?
關(guān)鍵詞:不銹鋼焊接工藝焊接應(yīng)力焊件變形原因影響應(yīng)對措施 l8 @/ H8 v0 I) k) `& _
前言:焊接工藝是現(xiàn)代工業(yè)中一種不可缺少的加工工藝方法之一。簡單的說,,焊接工藝就是通過加熱,、加壓將兩個物體鏈接起來。焊接過程中由于時刻存在應(yīng)力,,在焊縫冷卻后難免會產(chǎn)生一些焊接變形,,如橫向收縮、縱向收縮,、角變形和縱向彎曲等,,焊接變形不僅影響結(jié)構(gòu)的美觀,并且嚴(yán)重影響在使用中的裝配性,。焊接工藝發(fā)展的前景非常廣闊,,實用性也毋庸置疑,如果我們樹立正確的理念,,深入了解學(xué)習(xí),,相信它會給我們帶來巨大的收益。9 ^' ^* T- T) o& O; g5 [2 G9 ?' ~
1. 不銹鋼焊接變形的種類
; a) z; s. T( \& @9 [1 M& C" g, q焊接變形種類繁多,,情況復(fù)雜,,主要有收縮變形(橫向收縮、縱向收縮),、角變形,、彎曲變形、波浪變形以及扭曲變形等,。
7 p8 ~0 M3 z C$ L5 [3 g& D1.1 收縮變形(橫向收縮,、縱向收縮)
$ t" k! m8 v$ h焊件尺寸比焊前縮短的現(xiàn)象稱為收縮變形,此類變形又分為縱向收縮和橫向收縮,。焊件在焊后垂直于焊縫方向的收縮叫橫向收縮,。焊件在焊后沿焊縫長度方間的收縮稱為縱向收縮。, n2 q% X# D5 W! {0 N
1.2 角變形- t* U% ~$ |, J6 s: ~3 J& c$ N" e
角變形產(chǎn)生的根本原因如下,,焊縫的截面總是上寬下窄,,因而橫向收縮量在焊縫的厚度方向上分布不均勻,上面大,、下面小,,結(jié)果就形成了焊件的平面偏轉(zhuǎn),,兩側(cè)向上翹起一個角度,從而產(chǎn)生了角變形,。角變形的大小以變形角α進(jìn)行度量,。" I1 g" H0 Q. d6 r6 R5 S
1.3 彎曲變形
2 S( z6 R" ?' ?8 c彎曲變形主要是指結(jié)構(gòu)上的焊縫布置不對稱或焊件斷面形狀不對稱時,焊縫收縮引起的變形,。
, B9 u+ r% l6 @- _* l+ d1.4 波浪變形
T0 e' k+ d6 y* U6 S5 D焊后構(gòu)件產(chǎn)生形似波浪的變形稱為波浪變形,。此類變形通常發(fā)生于板厚小于6mm的薄板焊接過程中,又稱之為失穩(wěn)變形,。薄板對接焊后,,存在于板中的內(nèi)應(yīng)力,在焊縫附近是拉應(yīng)力,,離開焊縫較遠(yuǎn)的兩側(cè)區(qū)域為壓應(yīng)力,,如壓應(yīng)力較大,平板失去穩(wěn)定就產(chǎn)生波浪變形,。此外,,當(dāng)焊件上的幾條角焊縫靠得很近時,由每角焊縫所引起的角變形連貫在一起也會形成波浪變形,。
% A0 h" W* A2 P2 k; D h( S) ~7 F1.5 扭曲變形
, T2 `2 a2 ]- t/ t7 N9 p產(chǎn)生的原因主要是焊縫角變形沿焊縫長度方向分布不均勻,。一般發(fā)生在有數(shù)條平行的長焊縫的焊件上,如焊接工形梁,。扭曲變形的產(chǎn)生往往與焊接方向或順序不當(dāng)有關(guān),。6 C; B4 [; [% ]( E4 a
2. 不銹鋼焊接變形產(chǎn)生的原因# Y, {* I2 O0 Q# n) n7 \
焊接變形是由焊接時不均勻加熱引起的,熱源只集中在焊接部位,,且以一定速度向前移動,,局部受熱金屬的膨脹能引起整個焊件發(fā)生平面內(nèi)或平面外的各種形態(tài)的變形。確切地說是焊件焊后殘存于結(jié)構(gòu)中的殘余變形,,它與焊件的形狀尺寸,、材料的熱物理性能及加熱條件等因素有關(guān)。對所有熔化式焊接,,在焊縫及其熱影響區(qū)都存在較大的殘余應(yīng)力,,殘余應(yīng)力的存在會導(dǎo)致焊接構(gòu)件的變形、開裂并降低其承載力,。同時,,在焊縫的焊趾部位還存在凹坑、余高,、咬邊造成的應(yīng)力集中,,而焊趾出的熔渣缺陷、微裂紋又形成了裂紋的提前萌生源,。由于受殘余拉應(yīng)力,、應(yīng)力集中和裂紋萌生源的影響,,焊接接頭的疲勞壽命大大降低。殘余應(yīng)力都集中在焊縫附近,,當(dāng)焊接殘余應(yīng)力與承載的工作應(yīng)力疊加,,其數(shù)值超過材料的屈服極限時,工件就會再焊縫附近產(chǎn)生焊接變形,,斷裂等現(xiàn)象,。+ i/ f7 w% O+ X" ]
3. 焊接變形對不銹鋼性能的影響/ K% u; z+ V0 i: O1 _
焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)制造過程中最常見的問題之一,它是使不銹鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和開裂的主要原因,。鋼結(jié)構(gòu)是鋼材通過一定的設(shè)計方法做成構(gòu)件,構(gòu)件再通過一定的連接方式連接成的整體結(jié)構(gòu)承力體系或傳力體系,。目前不銹鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式就是焊接,。但由于焊接物理過程十分復(fù)雜,快速的不均勻加熱與冷卻,,將不可避免地產(chǎn)生焊接變形,,這將對不銹鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度有很大影響,而且過大的變形將顯著降低不銹鋼結(jié)構(gòu)的承載能力,。在焊接過程中,,在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi),不銹鋼鋼材的組織發(fā)生改變,,導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆,,將會出現(xiàn)細(xì)小裂紋,焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感,,局部的裂縫一旦發(fā)生,,就容易擴(kuò)展到整體。伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,,人們必須不斷地認(rèn)識焊接變形產(chǎn)生的原因,,掌握焊接變形規(guī)律,才能在不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)制造過程中實施合理的控制方法,。
0 q \4 c0 |& Q, Z e4. 應(yīng)對焊接變形的措施$ K" c0 r. | O6 R v, `9 c3 x
焊接變形的改進(jìn)包括:選擇合理的焊縫形狀和尺寸,;減少焊縫數(shù)量;合理安排焊縫位置等,。下面將從上述方面介紹一下應(yīng)對焊接變形的措施,。
! U, e/ k+ m9 E; E) h3 y4.1 采用合理的焊接順序控制變形
, d: }( K9 K3 K6 l9 Z) N$ q( @! T焊接平面上的焊縫,要保證縱向焊縫和橫向焊縫能夠自由收縮,。而且要先焊收縮量較大的焊縫,。對長焊縫來說宜采用分段焊法。對于對接接頭,、T形接頭和十字接頭坡口焊接,,在工件放置條件允許或易于翻身的情況下,,宜采用雙面坡口對稱順序焊接。對于有對稱截面的構(gòu)件,,宜采用對稱于構(gòu)件中和軸的順序焊接,。對于非對稱截面的構(gòu)件宜采用先焊深坡口側(cè)部分焊縫、后焊淺坡口側(cè),、最后焊完深坡口側(cè)焊縫的順序,。, A- B; i: E+ h+ e
4.2 反變形法
# Q) p* Q8 {3 E, Z' @ `' q, t為了抵消和補償焊接變形,焊前先將焊件向與焊接殘余變形相反的方向進(jìn)行人為的變形,,這種方法稱為反變形法,。反變形法是生產(chǎn)中最常用的方法,通常適用于控制焊件的角變形和彎曲變形,。由于其簡單有效,,生產(chǎn)上常用于大型箱形構(gòu)件的合攏。1 [1 q9 c0 [9 l3 G X0 m
4.3 剛性固定法
) E* |& u. {: W" ~3 k6 O利用夾具,、支撐,、專用胎具、定位焊等方法來增大結(jié)構(gòu)的剛性,,減小焊接變形的方法稱為剛性固定法,。剛性固定法減小變形很有效,且焊接時不必過分考慮焊接順序,,然而,,所有事物都具有兩面性,,它也有它的缺點,。有些大件不易固定,,并且焊后撤除固定后,焊件還有少許變形和較大的殘余應(yīng)力,。
! A9 L A) s3 ~$ q7 D; O M. Y4.4 散熱法
7 q1 ~, ? O( q8 t; d散熱法又稱強迫冷卻法,。就是在焊接時用強迫冷卻的方法把焊接處熱量散走,使焊縫附近的金屬受熱面大大減小,,從而達(dá)到減小變形的目的,。散熱法有水浸法和散熱墊法。但散熱法比較麻煩,,且對于淬火傾向大的鋼材不宜采用,,否則易裂。: Q$ l3 v+ B8 h5 q: A7 F' S
4.5 自重法% [4 s, W( n. b! |8 U) U' N8 M
利用焊件本身的質(zhì)量在焊接過程中產(chǎn)生的變形來抵消焊接殘余變形的方法稱為自重法,。
5 C9 G, f) d6 ^. ^# d. }' F4.6 錘擊焊縫法) W A& l+ A( G2 `- S
錘擊焊縫法,,即用圓頭小錘對焊縫敲擊,可減少焊接變形和應(yīng)力,。因此對焊縫適當(dāng)鍛延,,使其伸長來補償這個縮短,,就能減小變形和應(yīng)力。錘擊時用力要均勻,,直至將焊縫表面打出均勻致密的點為止,。6 u/ f, M6 G8 ?/ }# `9 d8 q
4.7 焊后熱處理
' _2 G- r4 U5 k2 R s4 E% d3 K6 J采用焊后熱處理方法的確可以在一定程度上消除焊接殘余應(yīng)力,但對于有些大的焊接結(jié)構(gòu)件而言,,焊后熱處理是難以實現(xiàn)的,。
3 ?. i% n z* I+ W+ G- D+ H5. 結(jié)語:
# x9 l& `; k' A+ v+ z在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)日益發(fā)展的今天,焊接工藝仍不可或缺,,焊接工藝在很長一段時間內(nèi)仍將會被應(yīng)用于各個行業(yè),。焊接工藝的應(yīng)用范圍很廣,大量運用在航空航天,、汽車制造及維修,、船舶、五金等制造業(yè)中,。焊接工藝包含的知識很多,我們現(xiàn)在接觸的知識一小部分,,時代在進(jìn)步,,科學(xué)技術(shù)更在進(jìn)步,我們要想更深的了解焊接技術(shù),,就必須加深理念,,虛心務(wù)實,了解它的發(fā)展方向,,與時俱進(jìn),,斧正自己思想的航向,提出新的思想,,這樣科學(xué)才會發(fā)展,,時代才會進(jìn)步。7 w+ l4 ~/ Q' w+ X# f
參考文獻(xiàn):4 y+ z/ R; Q* M" }) k
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