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消除残余应力的方法

 
     
发布时间:2018-07-10 来源:沈阳威克创新焊接设备有限公司
 

消除残余应力的方法

    虽然在结构设计时考虑了焊接残余应力的问题,在工艺上也采取了一定的措施来防止或减少焊接残余应力,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焊接残余应力,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解决,在下列情况中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28mm的焊接容器,焊后应进行热处理。

3、对尺寸稳定性要求较高的结构,如精密仪器和量具座架、机床床身、减速箱体等。

4、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。

5、有应力腐蚀危险的结构。

常用消除应力的方法如下:

1、热处理法:

    热处理法是利用材料在高温屈服点下降和蠕变现象来达到松弛焊接残余应力的目的,同时热处理还可以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,将整个构件缓慢加热到一定的温度(低碳钢为650摄氏度)并在该温度下保温一定的时间(一般按每毫米板厚保温2min~4min,但总时间不少于30min)然后空冷或随炉冷却,整体热处理消除焊接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的焊接残余应力,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,局部热处理就是将构件焊缝周围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,它只能降低焊接残余应力峰值,不能完全消除焊接残余应力,对于一些大型筒形容器的环峰组装和一些重要管道等,常采用局部热处理来降低结构的焊接残余应力。

(2)机械拉伸法:

    机械拉伸法是采用不同方式在构件上施加一定的拉应力,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,达到松弛焊接残余应力的目的,时间证明,拉伸载荷加的越高,压缩塑性变形量就抵消的越多,残余应力消除的越彻底,在压力容器制造的最后阶段,通常要进行水压实验,其目的之一,也是利用加载来消除部分残余应力。

(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。

(4)锤击焊缝:

    在焊后用锤子或一定直径的半球形缝镐锤击焊缝,可使焊缝金属产生延伸变形,能抵消一部分塑性变形,起到减小焊接残余应力的作用,锤击时应注意施力适度,以免施力过大而产生裂纹。

(5)振动法:

    振东法又称为振东时效或振东消除应力法(VSR),该法利用由偏心轮和变速电动机组成的激振器,使结构发生共振产生的循环应力,用此来降低内应力,其效果取决于激振器、焊件支点位置、激振频率和时间,振东法所用设备简单、价廉、节省能源、处理费用低、时间短(从数分钟到几时分钟),也没有高温回火时的金属表面氧化等问题,故目前在焊件、铸件、锻件中,为了提高尺寸稳定性多采用此种方法。

 

 

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