焊接结构中薄弱环节的分析.doc

目录 摘要 1 关键词 1 1 焊接接头及焊接接头的形式 2 2 焊接接头常见的缺陷 3 2 1 外部缺陷 3 2 2 内部缺陷 4 3 焊接头的应力集中 6 3 1 应力集中的概念 6 3 2 在焊接接头中产生应力集中的原因 6 3 3 焊接接头的工作应力分布和工作性 7 4 焊接接头组织与对性能的不均匀性 8 4 1 焊缝的组织与性能及应力分析 8 4 1 1 焊缝的组织与性能 9 4 1 2 焊接应力分析与焊接变形 9 4 2 焊缝的化学成分的不均匀性 10 5 焊接残余应力及分布 12 5 1 焊接残余应力 12 5 1 1 纵向应力 13 5 1 2 横向应力 14 6 提高焊接结构质量的措施 15 6 1 消除构件焊接残余应力 15 6 1 1 常用的消除残余应力的方法 15 6 2 改善焊缝金属的组织与性能 17 结论 17 参考文献 19 致谢 19 西安技师学院机械工程系 第 1 页 共 20 页 焊接结构中薄弱环节的分析焊接结构中薄弱环节的分析 摘要摘要 随着焊接技术的不断发展 焊接工艺的不断改善 焊接电源的不断更新 焊接质量也在不断的得到提高 但是焊接接头却是焊接结构中不可忽视的环节 因为焊接接头存在着应力集中与不均匀性 还往往产生的一些焊接缺陷 存在 着较高的焊接残余应力从而导致焊接接头成为焊接结构中的薄弱环节 本文介 绍了焊接接头的概念及接头形式和特点 主要从焊接缺陷 焊接接头的组织与性 能的不均匀性 焊缝化学成分的不均匀性以及焊接残余应力及分布分析焊接结 构中的薄弱环节并且针对这些问题提出了焊接接头质量的改进措施 最后得出 一重要结论 焊接接头是焊接结构中的薄弱环节 因此分析焊接结构中焊接接 头存在的这些问题对提高焊接结构的使用可靠性具有十分重要的意义 关键词关键词 焊接接头 焊接缺陷 应力集中 不均匀性 焊接残余应力 薄弱环节 质量措施 西安技师学院机械工程系 第 2 页 共 20 页 1 1 焊接接头及焊接接头的形式焊接接头及焊接接头的形式 焊接接头是在焊件需要连接的部位用焊接方法制造而成的接头称为焊接接头 它由焊缝 母材 熔合区 热影响区四部分组成如下图 焊接接头型式焊接接头型式 在手工电弧焊中 由于焊件厚度 结构形状以及对质量要求的不同 其接头 型式也不相根据国家标准 GB 9 85 一 8 0 规定 焊接接头的型式主要可分为四 种 即对接接头 角接接头 搭接接头 T 形接头 如图 1 11 所示 图图 1 1 1111 焊接接头的基本类型焊接接头的基本类型 a a 对接接头对接接头 b b 角接接头 角接接头 c c 搭接接头 搭接接头 d d T T 形接头形接头 1 对接接头 两焊件端面相对平行的接头称为对接接头 如图 1 11a 所示 这种接头能承受较大的载荷 是焊接结构中最常用的接头 2 角接接头 两焊件端面间构成大于 30 小于 135 夹角的接头称为角 接接头 如图 1 11b 所示 角接接头多用于箱形构件 其焊缝的承载能力不高 所以一般用于不重要的焊接结构中 西安技师学院机械工程系 第 3 页 共 20 页 3 搭接接头 两焊件重叠放置或两焊件表面之间的夹角不大于 30 构成的 端部接头称为搭接接头 如图 1 11C 所示 搭接接头的应力分布不均匀 接头 的承载能力低 在结构设计中应尽量避免采用塔接接头 4 T 形接头 一焊件端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头称为 T 形接头 如图 1 11d 所示 2 2 焊接接头常见的缺陷焊接接头常见的缺陷 2 12 1 外部缺陷外部缺陷 1 焊缝成型差 现象 焊缝尺寸不合格 焊缝波纹粗劣 焊缝不均匀 不整齐 焊缝与母材不圆滑过 渡 焊接接头差 焊缝高低不平 原因分析 焊缝成型差的原因有 焊件坡口角度不当或装配间隙不均匀 焊口清理不干净 焊接电流过大或过小 焊接中运条 枪 速度过快或过慢 焊条 枪 摆动幅 度过大或过小 焊条 枪 施焊角度选择不当等 4 咬边 现象 焊缝与母材熔合不好 出现沟槽 深度大于 0 5 总长度大于焊缝长度的 10 或大于验收标准要求的长度 危害 它不仅会减少母材的承载面积 还会产生应力集中 危害较为严重 较深时 应予消除 原因分析 焊接线能量大 电弧过长 焊条 枪 角度不当 焊条 丝 送进速度不合适 等都是造成咬边的原因 5 弧坑 现象 焊接收弧过程中形成表面凹陷 并常伴随着缩孔 裂纹等缺陷 原因分析 焊接收弧中熔池不饱满就进行收弧 停止焊接 焊工对收弧情况估计不足 停 弧时间掌握不准 6 表面气孔 西安技师学院机械工程系 第 4 页 共 20 页 现象 焊接过程中 熔池中的气体未完全逸出熔池 一部分逸出 而熔池已经凝固 在焊缝表面形成孔洞 原因分析 焊接过程中由于防风措施不严格 熔池混入气体 焊接材料没有经过烘培或烘培不符合要求 焊丝清理不干净 在焊接过程中 自身产生气体进入熔池 熔池温度低 凝固时间短 焊件清理不干净 杂质在焊接高温时产生气体进入熔池 电弧过长 氩弧焊时保护气体流量过大或过小 保护效果不好等 7 表面夹渣 现象 在焊接过程中 主要是在层与层间出现外部看到的夹渣 原因分析 多层多道焊接时 层间药皮清理不干净 焊接线能量小 焊接速度快 焊接操作手法不当 前一层焊缝表面不平或焊件表面不符合要求 8 焊瘤 焊瘤是焊接过程中 熔化金属流到焊缝以外未熔化的母材上所形成的金属堆 积 危害 易造成应力集中 并在下面伴随着未熔合 未焊透等缺陷 2 22 2 内部缺陷内部缺陷 1 气孔 现象 在焊缝中出现的单个 条状或群体气孔 是焊缝内部最常见的缺陷 原因分析 根本原因是焊接过程中 焊接本身产生的气体或外部气体进入熔池 在熔池凝 固前没有来得及逸出熔池而残留在焊缝中 危害 它在一定程度上减少了焊缝的承载面积 但由于没有尖锐的边缘 危害性相对 较小 西安技师学院机械工程系 第 5 页 共 20 页 2 夹渣 现象 焊接过程中杂质夹杂在熔池中 熔池凝固后形成的焊缝中的夹杂物 原因分析 焊件清理不干净 多层多道焊层间杂质清理不干净 焊接过程中药皮脱落在 熔池中等 电弧过长 焊接角度不对 焊层过厚 焊接线能量小 焊速快等 导致熔池 中熔化的杂质未浮出而熔池凝固 危害 因夹渣的几何形状不规则 存在棱角或尖角 易造成应力集中 它往往是裂纹 的起源 过长和密集的夹渣是不允许存在的 3 未熔合 现象 未熔合主要时根部未熔合 层间未熔合两种 根部未熔合主要是打底过程中焊 缝金属与母材金属以及焊接接头未熔合 层间未熔合主要是多层多道焊接过程 中层与层间的焊缝金属未熔合 原因分析 造成未熔合的主要原因是焊接线能量小 焊接速度快或操作手法不恰当 危害 它类似于裂纹 易产生应力集中 是危险缺陷 4 未焊透 焊接接头根部未完全熔透而留下空隙的现象称为未焊透 危害 它减少了焊缝的有效承载面积 在根部处产生应力集中 容易引起裂纹 导致 结构破坏 5 内部裂纹 现象 在焊接接头的焊缝 熔合线 热影响区出现的内部开裂缺陷 原因分析 产生裂纹的原因因为不同钢种 焊接方法 焊接环境 预热要求 焊接接头中 杂质的含量 装配及焊接应力的大小等而不同 但产生裂纹的根本原因有两点 产生裂纹的内部诱因和必须的应力 特点 它具有尖锐的裂端和大的长宽比 危害 西安技师学院机械工程系 第 6 页 共 20 页 裂纹是焊接接头中最危险的缺陷 压力容器的破坏事故多数是由裂纹引起的 根据裂纹的形成条件 时间和温度的不同 焊接裂纹一般可分为 热裂纹 冷裂纹 再热裂纹 应力腐蚀裂纹 层状撕裂 3 3 焊接头的应力集中焊接头的应力集中 3 13 1 应力集中的概念应力集中的概念 所谓应力集中 是指接头局部区域的最大应力 max 较平均应力 av 高 的现象 应力集中的大小常以应力集中系数 KT表示 KT max av 3 23 2 在焊接接头中产生应力集中的原因在焊接接头中产生应力集中的原因 1 焊缝中有工艺缺陷 焊缝中经常产生的缺陷 如气孔 夹杂 裂纹和未焊 透等 都会在其周围引起应力集中 其中尤以裂纹和未焊透引起的应力集中 最严重 2 焊缝外形不合理 如对焊接缝的余高过大 角焊缝为凸出形等 在焊趾处都 会形成较大的应力集中 3 焊接接头设计不合理 如接头截面的突变 加盖板的对接接头等 均会造成 严重的应力集中 焊缝布置不合理 如只有单侧焊缝的 T 形接头 也会引 起应力集中 4 焊缝的余高和施焊过程中可能造成的接头错边 角变形等都会引起应力集中 如下图 西安技师学院机械工程系 第 7 页 共 20 页 3 3 3 3 焊接接头的工作应力分布和工作性焊接接头的工作应力分布和工作性 1 对接接头 焊接生产中对接接头的焊缝略高于母材金属板面 由于余高造成 了构建表面不平滑 在焊缝与母材的过度处引起应力集中 如图 A 所示 在 焊缝余高向母材金属过渡的焊趾处 应力集中系数 KT为 1 6 在焊缝背面与 母材金属的过渡处 应力集中系数 KT为 1 5 KT的大小与余高 h 和焊缝向母 材金属过渡的半径 r 有关 如图 a b 所示 减小 r 和增大 h 均使 KT增加 当余高 h 为零 KT等于 1 应力集中消失 如果余高太大 虽然使焊缝截面 增厚但却使应力集中程度也增加 因此在生产中应适当控制余高 不应以增 加余高的方法来增加焊缝的承载能力 余高不得超过国标 1 3mm 由余高带来的应力集中 对动载结构的疲劳强度是是十分不利的 所以此时 要求它越小越好 国家标准规定 在承载受动载情况下 余高趋于零 因此 对重要的动载结构 可削平余高或增大过渡圆弧的措施来降低应力集中 以 提高接头的疲劳强度 图图 A A 接接头的应力分布 西安技师学院机械工程系 第 8 页 共 20 页 余高和过渡半径与应力集中系数的关系 2 T 形 十字接头 由于 T 形 十字 接头向母材金属过渡集聚 造成应力分布极不均匀 在角 焊缝的根部和过渡处 产生很大的应力集中 见下图 图 a 是未开坡口 T 形 十字 接头中正面焊缝的应力分布情况 由于整个厚 度没有焊透 焊缝根部应力集中很大 在焊趾截面 B B 上应力分布也不均匀 B 点的应力集中系数 KT值随角焊缝的形状而改变 应力集中随 角减小而 较小 也随焊脚尺寸增大而减小 图 b 是开坡口并焊透的 T 形 十字 接头 这种接头使应力集中大大降低 因此保证焊透是降低 T 形 十字 接头应力集中的重要措施之一 因此在重 要的焊接结构中 T 形 十字 接头必须开坡口保证焊透 T T 形 十字 接头应力分布形 十字 接头应力分布 西安技师学院机械工程系 第 9 页 共 20 页 4 14 1 焊缝的组织与性能及应力分析焊缝的组织与性能及应力分析 4 1 14 1 1 焊缝的组织与性能焊缝的组织与性能 焊缝区焊缝区 是由熔池内的液态金属凝固而成的 它属于铸造组织 晶粒呈垂 直于熔池底壁的柱 状晶 硫 磷等低熔点杂质容易在焊缝中心形成偏析 使 焊缝塑性降低 易产生热裂纹 由于按等强度原则选用焊条 通过渗合金实现 合金强化 因此 焊缝的强度一般不低于母材 热影响区热影响区 材料因受热的影响而发生金相组织和力学性能变化的区域 称 为热影响区 它包括 1 熔合区 是焊缝与热影响区的过渡区 组织不均匀 晶粒粗大 强度下 降 2 过热区 生成过热组织 晶粒粗大 使材料的塑性 韧性下降 3 正火区 金属组织发生重结晶 组织细化 金属的力学性能良好 4 部分相变区 部分组织发生相变 产生晶粒大小不一 力学性能不均匀 热影响区的大小和组织性能变化的程度取决于焊接方法 焊接规范和接头 形式等因素 在热源热量集中 焊接速度快时 热影响区就小 4 1 24 1 2 焊接应力分析与焊接变形焊接应力分析与焊接变形 焊接变形因焊件的不同而表现为收缩变形 角变形 弯曲变形 波浪变形 扭 曲变形等多种型式 原因分析 造成焊接变形的原因有 装配 焊接顺序不合理 焊接方法选用不当 焊接参数 不合理等 焊接对接焊缝区不均匀的加热和冷却是产生焊接应力和变形的根本原因 现以 平板对接为例分析焊前与焊后的应力状况 焊接时 焊缝区被加热到很高的温度 离焊缝越远 温度越低 根据金属 热胀冷缩的规律 如果各部分的金属能自由膨胀而不受周围金属的阻碍 则焊 缝区将产生最大的纵向伸长量 但平板是一个整体 不可能自由膨胀 平板端 面只能均衡地伸长 L 于是焊缝区的高温金属就会被压缩而产生一定量的压缩 塑性变形 同时存在一部分压缩弹性变形 即存在部分压应力 远离焊缝区的 两侧金属则受到拉应力 而使构件应力处于平衡 西安技师学院机械工程系 第 10 页 共 20 页 冷却时 由于焊缝附近金属在焊接过程中已发生了不可恢复的压缩塑性变形 它同样受到两侧金属的约束 为保持整体的一致性 而均衡地收缩了 L 且 焊缝区要产生一定量的弹性拉伸 两侧金属产生一定量的弹性压缩 于是在焊 缝区及其附近的金属中就存在拉应力 在两侧金属中则存在压应力 构件中的 应力处于平衡状态 由此可知 平板对接焊后比焊前缩短了 L 同时焊缝区 产生了拉应力 远离焊缝的两侧金属受压应力 即室温下保留下来的焊接应力 与变形 4 24 2 焊缝的化学成分的不均匀焊缝的化学成分的不均匀性性 由于熔池凝固是非平衡结晶 冷却速度很大 在结晶过程中 化学成分 来不及扩散 合金元素的分布是不均匀的 出现偏析现象 在焊缝的边界处 西安技师学院机械工程系 第 11 页 共 20 页 即熔合区 成分不均匀更为明显 成为焊接接头的薄弱地带 焊缝中化学成 分不均匀和夹杂均对焊缝性能造成不良影响 严重的偏析和夹杂常常是导致 气孔 热裂纹和冷裂纹等缺陷的重要原因 1 1 焊缝金属中的偏析焊缝金属中的偏析 焊缝金属中 溶质元素偏离其平均浓度的不均匀分布 称偏析 一般焊 缝金属中的偏析主要有 显微偏析 区域偏析和层状偏析 1 显微偏析 钢在凝固过程中液固两相的合金成分是变化的 通常是先结晶的固相溶质 的含量较低 后结晶的固相溶质含量较高 并富集了较多的杂质 由于焊接 过程冷却较快 固相内的成分来不及扩散 于是 把这种先后结晶而造成的 化学不均匀性被保留下来 便形成了显微偏析或晶间偏析 影响显微偏析的因素主要有 晶胞的间距 溶质的分配系数和扩散系数 冷却速度和实际的含量变化 等 晶胞间距越小 相邻晶胞间的晶界越稠密 溶质元素在晶界上的富集相对分散 使偏析减小 故焊缝金属中希望得到细 晶粒的胞状晶 分配系数或扩散系数越小 则产生偏析倾向越大 如果冷却 速度缓慢 熔质原于有充分时间进行扩散 则显微偏析可以减轻 如果冷却 速度极大时成分均匀的液相被瞬间冷却下来 固相金属中的偏析就会很小 一般对于低碳钢来说显微偏析不大 对于高碳钢 合金钢来说显微偏析现象 严重焊后必须进行细化晶粒的热处理 2 区域偏析 焊接熔池是在运动状态下凝固 在熔池中存在着剧烈的搅拌作用 以及熔 池在不断向前移动 在焊缝凝固时 由于柱状晶长大和推移 会把溶质和杂 质 赶 向熔池中心 于是熔池中的溶质和杂质含量升高 致使最后凝固的 部位产生较严重的区域偏析 当焊缝成形系数比较小时形成的焊缝窄而深杂质集聚在焊缝中心 见图 1 在横向应力作用下就会延焊缝纵向开裂 当焊缝成形系数比较大时形成的焊 缝宽而浅 见图 2 杂质集聚在焊缝表面在横向应力作用下就会延焊缝纵向开 裂 成长的柱状晶主轴几乎垂直于熔合线 它会把杂质 赶 到焊缝中心部 位 形成区域性偏析 西安技师学院机械工程系 第 12 页 共 20 页 3 层状偏析 焊缝横断面经浸蚀后 能看到颜色深浅不一的层状线 这些层状线是层间 化学成分不均匀性所致 故称层状偏析 焊缝中的结晶层状践具有下列特征 层状线的形状与熔合线相似 距离不等 靠近熔台线较密而较明显中部间距 较大 变得不太明显 层状线与树枝晶主轴方向近似垂直 它不影响树枝晶生长 每一结晶层的熔质含量分布也不均匀 初始区溶质富集 溶质浓度高于平均 含量 中间区为平均含量区 溶质成分较均匀 结尾区为熔质贫化区 溶质含 量低于平均浓度 层状偏析是焊缝凝固时结晶过程周期性变化导致化学成分分 布不均所造成 焊接过程中 由于电流脉动 输入到熔池的热量也是脉动的 高温熔滴周期地落入熔地 以及固 液相界面凝固时 还要放出结晶潜热等都 引起溶池结晶前沿温度发生周期性交化 当结晶前沿温度升高时 晶粒的成长 速度减慢 有利于溶质与杂质的扩散 减轻偏析 当结晶前沿温度降低时 晶 粒成长速度加快 结晶前沿的富集层来不及均匀化而被 冻结 就造成了溶质 和杂质较多的结晶层 试验证明 层状偏析常集中一些有害元素 如碳 硫 磷等 因而缺陷也常出 现在偏析层中 如产生气孔 裂纹 耐蚀性下降 力学性能不均匀和断裂韧度 降低等 2 2 熔合区的化学不均匀性 熔合区的化学不均匀性 焊接接头中 焊料与热影响区相互过渡的区域称熔合区 该区是整个接头中 的薄弱地带 其特征是化学成分不均匀 组织缺陷多 如冷裂纹 再热裂纹和 脆性相等常起源于此区 熔合区的形成 多晶体受热熔化的特点是在一个温度范围内进行的 这个温度范围是液相线和 固相线之间的垂直距离 熔焊时 母材上的固 液相界面就处于这两个等温面 之间 处于这两等沮面之间的晶粒 由于各向异性 晶粒的导热方向彼此不同 结果 有的熔化快 有的熔化慢 于是在固 液相界面形成起伏不平的椭球面 所以 母材与焊缝交界处不是一条线 而是一个区 称熔合区 熔合区的晶粒在焊接 加热时是处于部分熔化状态 冷却时成为柱状晶的基底 往往成为焊接接头中 的薄弱部位 5 5 焊接残余应力及分布焊接残余应力及分布 5 15 1 焊接残余应力焊接残余应力 西安技师学院机械工程系 第 13 页 共 20 页 主要介绍焊接后残存在常用焊接接头 对接接头 T 型接头 中的应力分布情 况 为了便于分析 规定平行焊缝轴线方向的应力称纵向残余应力 x 垂直焊 缝轴线的应力为横向残余应力 y 厚度方向的残余应力为 z 在厚度小于 20mm 的对接接头结构中 厚度方向 z应力较小 可以不计 焊接残余应力基 本是沿两个方向即板件的长和宽 5 1 15 1 1 纵向应力纵向应力 图 1 所示为低碳钢板件熔化焊对接接头残余应力分布 从图中看出 沿焊缝 x 轴方向应力分布不完全相同 焊缝的中间区域 纵向应力为拉应力 其数值 可达到材料的屈服点 在板件两端 拉应力逐渐减小至自由边界 x 0 O O 截面 靠近自由端面 和 截面的 x s 随着截面离开自由端距离 的增大 x逐渐趋近于 s 板件两端都存在一个残余应力过渡区 在 截 面 x s 此区为残余应力稳定区 图 2 所示为三种长度堆焊焊缝的纵向残 余应力在缝横截面上的分布情况 由图中看出 随着焊缝的长度增加稳定区也 增长 当焊缝的长度较短时无稳定区 则 x s 焊缝越短 x越小 T 形接头的应力分布较对接接头复杂 图 4 所示为 T 形接头不开坡口角焊 缝纵向残余应力分布的情况 图中看出 当翼板厚度 与腹板 h 之比较小时 腹板中的纵向残余应力分布相似于板边堆焊 如图 4 a 所示 比值较大时与等 宽板对接焊时情况相似 西安技师学院机械工程系 第 14 页 共 20 页 5 1 25 1 2 横向应力横向应力 平板对接焊缝中横向残余应力 y垂直于焊缝 它的分布与纵向应力 x的 分布规律不同 横向残余应力 y有两部分组成 一部分是由焊缝及其附近塑 性区的纵向收缩引起的横向应力 y 另一部分是由焊缝及其附近塑性变形区 的横向收缩所引起的横向应力 y 图 5 a 所示为两块平板对接的板件 图中表示连接后室温板件的应力分布 板件中间受拉 两侧受压 如果假想沿焊缝中心将板件一分为二 就相当于板 边堆焊 有焊缝一边产生压缩变形 无焊缝一边出现伸长变形 见图 5 b 要使两块板件恢复原来位置 应在两端加上横向拉应力 由此推断 焊缝及其 附近塑性变形区的纵向收缩会使用板件两端存在着压应力 而中心部位存在着 拉应力 见图 5 c 同时两端压应力的最大值要比拉应力的值大得多 图 6 所示为不同长度的焊缝其 y的分布规律 只是长焊缝中部的拉应力将有所降 低 其他的基本相同 西安技师学院机械工程系 第 15 页 共 20 页 6 6 提高焊接结构质量的措施提高焊接结构质量的措施 6 6 1 1 消消除除构构件件焊焊接接残残余余应应力力 虽然在结构设计时考虑了残余应力的问题 在工艺上也采取了一定的 措施来防止或减小焊接残余应力 但由于焊接应力的复杂性 结构焊接完 以后仍然可能存在较大的残余应力 另外 有些结构在装配过程中还可能 产生新的残余内应力 这些焊接残余应力及装配应力都会影响结构的使用 性能 焊后是否需要消除残余应力 通常由设计部门根据钢材的性能 板厚 结构的制造及使用条件等多种因素综合考虑后决定 任何产品 最好是通过必 要的科学实验 或者分析同类产品在国内外长期使用中所出现过的问题来确定 在下列情况一般应考虑消除内应力 1 在运输 安装 启动和运行中可能遇到低温 有发生脆性断裂危险的厚截 面焊接结构 2 厚度超过一定限度的焊接压力容器 例如 钢制压力容器 GB150 1998 规定 碳素钢厚度大于 32mm 16MnR 钢厚度大于 30mm 16MnVR 钢厚度大于 28 mm 的焊接容器 焊后应进行热处理 3 焊后机械加工量较大 不消除残余应力难以保证加工精度的结构 4 对尺寸稳定性要求较高的结构 如精密仪器和量具座架 机床订身 减速 箱箱体等 5 有应力腐蚀危险的结构 6 6 1 1 1 1 常常用用的的消消除除残残余余应应力力的的方方法法 西安技师学院机械工程系 第 16 页 共 20 页 1 热处理法 热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松弛焊接 残余应力的目的 同时热处理还可改善焊接接头的性能 生产中常用的热 处理法有整体热处理和局部热处理两种 1 整体热处理 是将整个构件缓慢加热到一定的温度 低碳钢为 650 并在该温度下保温一定的时间 一般按每毫米板厚保温2 4 分钟 但总时间不少于30 分钟 然后空冷或随炉冷却 整体热处理消 除残余应力的效果取决于加热温度 保温时间 加热和冷却速度 加热方 法和加热范围 一般可消除60 90 的残余应力 在生产中应用比较广 泛 2 局部热处理 对于某些不允许或不可能进行整体热处理的焊接结 构 可采用局部热处理 局部热处理就是对构件焊缝周围的局部应力很大 的区域及其周围 缓慢加热到一定温度后保温 然后缓慢冷却 其消除应 力的效果不如整体热处理 它只能降低残余应力峰值 不能完全消除残余 应力 对于一些大型筒形容器的组装环缝和一些重要管道等 常采用局部 热处理来降低结构的残余应力 2 机械拉伸法 机械拉伸法是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力 使焊缝及 其附近产生拉伸塑性变形 与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变 形相互抵消一部分 达到松弛残余应力的目的 实践证明 拉伸载荷加得 越高 压缩塑性变形量就抵消得越多 残余应力消除得越彻底 3 温差拉伸法 温差拉伸法的基本原理与机械拉伸法相同 其不同点是机械拉伸法采 用外力进行拉伸 而温差拉伸法是采用局部加热形成的温差来拉伸压缩塑 性变形区 在焊缝两侧各用一适当宽度 一般为 100 150mm 的氧 乙 炔焰嘴加热焊件 使焊件表面加热到200 左右 在焰嘴后面一定距离 用水管喷头冷却 以造成两侧温度高 焊缝区温度低的温度场 两侧金属 的热膨胀对中间温度较低的焊缝区进行拉伸 产生拉伸塑性变形抵消焊接 时所产生的压缩塑性变形 从而达到消除残余应力的目的 如果加热温度 和加热范围选择适当 消除应力的效果可达50 70 4 锤击焊缝 在焊后用手锤或一定直径的半球形风锤锤击焊缝 可使焊缝金属 产 生延伸变形 能抵消一部分压缩塑性变形 起到减小焊接应力的作用 锤 击时注意施力应适度 以免施力过大而产生裂纹 西安技师学院机械工程系 第 17 页 共 20 页 5 振动法 又称振动时效或振动消除应力法 它是利用由偏心轮和变速马达组成的激 振器 使结构发生共振所产生的循环应力来降低内应力 6 26 2 改善焊缝金属的组织与性能改善焊缝金属的组织与性能 1 固溶处理 将合金加热到一定温度并保持足够长时间 使过剩相充分溶解到固溶体中 后在水中或空气中快速冷却 以抑制这些被溶物质重新析出 从而得到在室温下 的过饱和固溶体的工艺 称为固溶处理 目的 提高合金的韧性和抗腐蚀性 2 稳定化处理 目的 稳定组织 防止构件形状和尺寸发生时效性变化 3 变质处理 在液体中加入少量合金元素使结晶的过程发生变化 细化晶 粒 目的