焊接残余应力生成与工艺对策

焊接剩余应力生成

与

工艺对策内容提要1焊接接头的剩余应力2几种典型的消应力原理1焊接剩余应力1－1焊接接头的特性1－2焊接剩余应力的形成过程1－3一般接头的剩余应力分布1－4剩余应力对焊接结构的影响焊缝金属熔合线热影响区母材组织成分不同焊接变形与剩余应力焊趾与咬边1－1焊接接头的特性焊接热影响区焊缝金属细晶区粗大珠光体区脆性区根本金属粗晶区1500℃1200℃750℃900℃400℃强度塑性焊接接头的力学性能韧性粗细晶区细晶区根本金属焊缝金属粗晶区1500℃400℃750℃1200℃900℃200℃低碳钢屈服限与温度的关系屈服强度〔MPa〕温度℃600℃400℃200℃实际曲线简化曲线1－2焊接剩余应力的形成过程受拘束钢棒在热循环中的应力应变演变过程温度℃500℃时间时间应力MPa600℃-σsσs-σs金属框架的温度应力与剩余应力加热－膨胀－受拘束－产生温度应力〔压应力〕＋压缩屈服变形冷却－收宿－受拘束－产生剩余应力〔拉应力〕＋拉伸屈服变形焊接温度场焊接方向1100℃800℃500℃300℃250℃平板堆焊焊接温度场600℃500℃300℃200℃ABCDA600500600500－σσB－σσC－σσD－σσ平板堆焊的纵向应力演变过程ABCABC焊缝各截面中的纵向剩余应力〔σx〕的分布不同长度焊缝中的纵向剩余应力〔σx〕的分布σsσs1－3一般接头的剩余应力分布塑性变形带宽Bp筒体半径R板厚δ筒体的纵向剩余应力圆筒纵向剩余应力的形成规律由于圆筒环焊缝的半径在焊接后缩小，焊缝比在平板上有更大的自由度，故纵向剩余应力σx一般比平板上的低。应力大小取决于圆筒半径R、壁厚δ以及塑性变形区宽度bp。当壁厚不变，σx随R的减小而降低，随bp的减小而增加。例：δ＝50mm、R＝700mm、埋弧自动焊，故纵向剩余应力平均值σx＝124MPa。bp＝12bp＝20bp＝30bp＝40bp＝50bp＝80筒体半径R，mmσx/Eεp02004008006000。810000。20。40。60纵向应力σx引起的横向应力σy-+-~σx/3σxσyσsσyσy拘束条件对横向应力的影响-125MPa240MPa230MPa280MPa125MPa85MPa420MPa厚度向应力σz纵向应力σx横向应力σy厚板焊接的三向剩余应力(10Cr2Mo)ZYX1－4剩余应力对焊接结构的影响对静强度的影响：对塑性材料影响不明显，但三轴拉应力时有不利影响；对脆性材料有不利影响。对机加工精度的影响：由于剩余应力的不稳定性造成构件的尺寸不稳定。对抗应力腐蚀性能的影响：有影响；与材料及作用时间相关。剩余应力对受压杆件稳定性的影响：一般影响不明显，但对翼缘的宽度与厚度比〔B/δb)较大的H型截面，其局部失稳会引起整体失稳；剩余应力将通过这一因素起作用。Bδb－＋对刚度的影响：加载造成剩余应力的释放，对运行的前期有影响。PL1L2G1>G2刚度:G=tgα＝P/LG1G2对疲劳寿命的影响：对σmin/σmax比值较低的有影响；消应力可以提高疲劳寿命；剩余应力在应力集中较高时影响更大。Lg(N)σd106107消应力整体热处理局部热处理机械拉伸、挤压温差拉伸、温差控制焊接〔低应力无变形焊接〕振动*外表冲击〔喷丸、锤击或超声冲击*〕爆炸消应力焊趾重熔*振动调制焊接*采用低温相变焊材*2－1：振动时效参数：激振力、激振点、支撑点、激振时间和激振频率2－2：

振动调制焊接

试验设计激振器电渣焊机头试板弹性减振根底振动测量系统振动调制主机BB503高炉用厚板的振动调制焊接工艺〔VCW)研究焊接过程振动加速度分布状态分析

0.3g时的根底振型焊缝中心0.6g时的根底振型焊接过程温度分布状态分析

焊缝中心温度剩余应力测量与分析测量现场最大主应力最小主应力主应力差纵向应力横向应力VW工艺对机械性能的影响侧弯试验合格率VCW工艺对组织及机械性能的影响侧弯试验合格率0g0.3g0.6g北京电视塔立柱电渣焊冒孔测点2－3：超声外表冲击对电渣焊冒孔的冲击比照测点的布置未冲击测点原位置冲击后测点2浅打磨冲击后测点1

深打磨全焊缝外表冲击区焊趾冲击区原始焊缝比照区对埋弧焊焊缝的冲击一个完成测钻的测点不同焊接工艺的剩余应力比较电渣焊冲击前后应力的比较全熔透埋弧焊冲击前后的应力比较非熔透埋弧焊冲击前后应力比较超声冲击法对剩余应力在分布速度的影响2－4：焊趾重熔TIG重熔TIG重熔的剩余应力X射线法测定2－5：应用低温相变焊条的焊接剩余应力

〔LowTransformationTemperatureWeldingElectrode)200－200焊接试样