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消除焊接应力的方法

焊接是一种将金属或非金属材料连接在一起的工艺方法,广泛应用于机械制造、建筑、船舶、桥梁、管道等领域。然而,焊接过程中会产生很大的热量,导致焊缝和母材发生不均匀的热膨胀和收缩,从而产生焊接应力和变形。焊接应力会影响焊缝的力学性能和耐腐蚀性能,甚至导致焊缝开裂、断裂等失效。因此,消除或减少焊接应力是提高焊接质量和延长焊接件寿命的重要措施。

根据不同的消除原理和方法,消除焊接应力的方法可以分为以下几类:



1. 机械法


机械法
是利用机械力对焊缝或母材施加适当的拉伸、压缩、弯曲、扭转等变形,使之与热变形相抵消,从而减少或消除焊接应力。机械法包括锤击法、锻冶法、振动法、压力法等。

  • 锤击法是在焊缝冷却过程中,用锤子对焊缝及其周围区域进行敲打,使之发生塑性变形,释放部分内应力。锤击法简单易行,但只适用于较小的结构件和较薄的板材。


  • 锻冶法是将整个结构件加热到塑性温度后,在炉内或炉外进行锤击或压制,使之发生整体变形,消除内应力。锻冶法适用于较大的结构件和较厚的板材,但需要较大的设备和能耗。


  • 振动法是利用振动器或振动平台对结构件施加周期性的振动载荷,使之在弹性范围内发生微小变形,释放内应力。振动法适用于各种形状和尺寸的结构件,效果好,操作方便,节能环保。


  • 压力法是利用液压机、压力容器等设备对结构件施加一定的静态或动态压力,使之发生塑性变形或弹性变形,消除内应力。压力法适用于圆筒形、球形等封闭容器类结构件。



2. 热处理法


热处理法是利用加热或冷却对结构件进行温度控制,使之发生均匀的热膨胀和收缩,从而减少或消除温度梯度和热应力。热处理法包括预热法、后热处理法、控制冷却速度法等。

  • 预热法是在焊接前对结构件进行局部或整体加热,提高其温度到一定程度(通常为100~600℃),降低焊缝与母材之间的温差,减少热影响区的范围,从而减少焊接应力。预热法适用于高强度钢、不锈钢、铸铁等易产生焊接应力的材料。


  • 后热处理法是在焊接后对结构件进行整体或局部加热,保持一定的时间,然后缓慢冷却,使之发生均匀的热变形,消除内应力。后热处理法包括回火、正火、退火等。回火是将结构件加热到低于临界温度的温度(通常为500~700℃),保持一定时间,然后空冷或油冷,使之消除残余奥氏体和马氏体,降低硬度和脆性,减少内应力。正火是将结构件加热到高于临界温度的温度(通常为800~900℃),保持一定时间,然后空冷或水冷,使之消除原有的组织和应力,重新形成均匀的组织和应力。退火是将结构件加热到高于临界温度的温度(通常为900~1000℃),保持一定时间,然后缓慢冷却,使之消除全部或大部分的组织和应力,获得最低的硬度和最好的塑性。后热处理法适用于各种材料和结构件,但需要较大的设备和能耗。


  • 控制冷却速度法是在焊接过程中或焊接后对结构件进行适当的冷却措施,使之冷却速度适中,避免过快或过慢造成不均匀的收缩和应力。控制冷却速度法包括自然冷却法、强制冷却法、隔热保温法等。


  • 自然冷却法是让结构件在空气中自然冷却,不采取任何人为干预。自然冷却法简单易行,但冷却速度较慢,容易造成大变形和大应力。


  • 强制冷却法是利用水、油、气等介质对结构件进行喷淋、浸泡、吹扫等方式进行快速冷却,加快冷却速度,减少变形和应力。强制冷却法适用于较小的结构件和较薄的板材,但需要注意控制冷却均匀性和温差梯度,避免产生新的应力。


  • 隔热保温法是利用隔热材料或设备对结构件进行包裹或覆盖,延缓冷却速度,减少温差梯度和热应力。隔热保温法适用于较大的结构件和较厚的板材,但需要注意防止过分延长保温时间,造成过火或脆化。



3. 工艺控制法


工艺控制法是在焊接前或焊接过程中采取一些合理的工艺措施,改善焊接条件,优化焊接参数,减少焊接变形和应力。工艺控制法包括选择合适的焊接方法、焊条、电流、电压、极性、焊缝形式、宽高比、间隙等;合理安排焊缝位置、方向、顺序、方向等;采用对称焊接、分段焊接、错位焊接、回弹焊接等技术;使用预制块、夹具、拉杆、拉线等辅助工具;进行切口加工、切割、矫正等处理。工艺控制法适用于各种材料和结构件,是消除焊接应力的最基本和最有效的方法。


综上所述,消除焊接应力的方法有多种,可以根据不同的材料、结构件、工艺条件和要求,选择合适的方法或组合使用多种方法,以达到最佳的效果。消除焊接应力不仅可以提高焊接质量和可靠性,还可以节约材料和能源,降低成本,是焊接技术的重要内容。此外,你也可以阅读焊接变形的原因、分类、危害及消除方法来了解焊接变形的原因及解决措施。


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