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發(fā)表于 2016-7-20 17:12:39
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焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的研究9 x9 N" _7 ]# ^7 N& p( V( d
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摘要：當(dāng)今,，不銹鋼焊接工藝作為一種實(shí)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(gè)問題困擾了許多學(xué)者多年,，那就是焊接過程時(shí)刻伴隨著焊接應(yīng)力,，這種焊接應(yīng)力將會(huì)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(huì)發(fā)展,，這個(gè)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(duì)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(duì)措施,，給予全方面的定位，做到與時(shí)俱進(jìn),。本文系統(tǒng)的研究了不銹鋼焊接變形的問題,。 Y" `% D4 F }+ f$ y$ M9 i
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(duì)措施
7 f* [( H( \" h$ t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(jiǎn)單的說,，焊接工藝就是通過加熱,、加壓將兩個(gè)物體鏈接起來。焊接過程中由于時(shí)刻存在應(yīng)力,，在焊縫冷卻后難免會(huì)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(shí)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(huì)給我們帶來巨大的收益。
+ C) s1 j! t V% Y, E1. 不銹鋼焊接變形的種類' b9 D2 g& n: y; J' ]6 M
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。5 Z. [7 ]/ A4 m/ Q9 ^! X8 x
1.1 收縮變形（橫向收縮,、縱向收縮）
5 Z8 s! @! ]; {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(zhǎng)度方間的收縮稱為縱向收縮,。* B4 n9 w6 [3 h3 q3 O
1.2 角變形* l6 w, e/ i O
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(gè)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,。 j- X' D. n, z- [3 R! E
1.3 彎曲變形1 ?1 F- p5 K3 U( ~! p' j9 j
彎曲變形主要是指結(jié)構(gòu)上的焊縫布置不對(duì)稱或焊件斷面形狀不對(duì)稱時(shí)，焊縫收縮引起的變形,。- F1 l8 s( y& {+ R7 S' e3 z: L
1.4 波浪變形
: {/ a4 H0 S- P: M' \/ L! W9 h4 Q5 `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(duì)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?yàn)閴簯?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(shí)，由每角焊縫所引起的角變形連貫在一起也會(huì)形成波浪變形,。; P1 N: ]# Y8 `9 d& F
1.5 扭曲變形
$ }3 i$ h+ m2 \產(chǎn)生的原因主要是焊縫角變形沿焊縫長(zhǎng)度方向分布不均勻,。一般發(fā)生在有數(shù)條平行的長(zhǎng)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),。
$ V, @& i {5 U# S- @2. 不銹鋼焊接變形產(chǎn)生的原因6 H' O7 W6 m# c
焊接變形是由焊接時(shí)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(dòng),，局部受熱金屬的膨脹能引起整個(gè)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(duì)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(huì)導(dǎo)致焊接構(gòu)件的變形,、開裂并降低其承載力。同時(shí),，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(shí)，工件就會(huì)再焊縫附近產(chǎn)生焊接變形,，斷裂等現(xiàn)象,。
9 g" I/ g4 h: d" o3. 焊接變形對(duì)不銹鋼性能的影響. J7 X2 ~# W1 [+ H( z
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(jì)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(duì)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(huì)出現(xiàn)細(xì)小裂紋，焊接結(jié)構(gòu)對(duì)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(shí)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(shí)施合理的控制方法。/ M* D1 R5 [$ w9 _/ n
4. 應(yīng)對(duì)焊接變形的措施
' J# Q [! b/ {( o+ v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(duì)焊接變形的措施,。) n" Q/ T- Q5 H* j% T: y7 @: i
4.1 采用合理的焊接順序控制變形& r. Y8 w% J; A3 f& @9 y
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(duì)長(zhǎng)焊縫來說宜采用分段焊法,。對(duì)于對(duì)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(duì)稱順序焊接。對(duì)于有對(duì)稱截面的構(gòu)件,，宜采用對(duì)稱于構(gòu)件中和軸的順序焊接,。對(duì)于非對(duì)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,。
* t% t' l3 t. i! X. }/ m+ ~4.2 反變形法. [* d6 b; [! _4 S8 h; |/ F* } a
為了抵消和補(bǔ)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(jiǎn)單有效,，生產(chǎn)上常用于大型箱形構(gòu)件的合攏。) T. [5 e1 p1 S) W
4.3 剛性固定法# V) w# J3 h- S
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(shí)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(diǎn),。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,。
/ X. r T- q# R* D# O" q4.4 散熱法
5 h. w* R5 u2 d( a0 X/ q. ~散熱法又稱強(qiáng)迫冷卻法,。就是在焊接時(shí)用強(qiáng)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(duì)于淬火傾向大的鋼材不宜采用,，否則易裂,。
0 R6 s* u; _: u, e* L" L4.5 自重法
) ?! O( w% }8 a. [1 I( j9 a v( O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。6 }. W0 x* i! _1 K
4.6 錘擊焊縫法! S2 I; }2 _3 a. E
錘擊焊縫法,，即用圓頭小錘對(duì)焊縫敲擊,，可減少焊接變形和應(yīng)力。因此對(duì)焊縫適當(dāng)鍛延,，使其伸長(zhǎng)來補(bǔ)償這個(gè)縮短,，就能減小變形和應(yīng)力。錘擊時(shí)用力要均勻,，直至將焊縫表面打出均勻致密的點(diǎn)為止,。
9 H% D+ ^3 @- ?! L4.7 焊后熱處理& z/ j( C: g3 r& n
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(duì)于有些大的焊接結(jié)構(gòu)件而言,，焊后熱處理是難以實(shí)現(xiàn)的,。
L. \3 H* N+ ^( ]+ i/ I3 D5. 結(jié)語：
( q& E) o$ q5 p' |' O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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將會(huì)被應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),。焊接工藝的應(yīng)用范圍很廣，大量運(yùn)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(shí)很多，我們現(xiàn)在接觸的知識(shí)一小部分,，時(shí)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(shí)，了解它的發(fā)展方向,，與時(shí)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(huì)發(fā)展,，時(shí)代才會(huì)進(jìn)步,。 s( Y1 J2 k/ `9 E' A' n
參考文獻(xiàn)：
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[2]陳劍虹譯.不銹鋼焊接冶金學(xué)及焊接性[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,，2008.[3]趙昌盛等.不銹鋼的應(yīng)用及熱處理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,，2010.
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