焊接应力消除的方法.docx

焊接应力（welding stress and distortion），是焊接构件由于焊接而产生的应力。焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观。由于焊接应力对焊接结构质量造成诸多不利影响，因此，如何降低和消除焊接残余应力成为焊接领域的一个重要课题。人们也提出了多种消除和降低焊接残余应力的方法，包括热处热处理法、锤击法、振动法、抛丸处理法、机械拉伸法、超声波冲理法、锤击法、振动法、抛丸处理法、机械拉伸法、超声波冲击法击法等多种方法，有时多种方法结合使用。1 消除应力热处理消除应力热处理 它是将容器加热到 550 650 摄氏度,最高不能超过材料的相变点或钢材自身的回火温度，保温一段时间后缓慢冷却的过程。当钢材的温度升高时，其屈服强度下降，这样原有的弹性应变会成为塑性应变，从而使应力松弛。消除应力热处理质量的好坏关消除应力热处理质量的好坏关键在于对加热温度、保温时间、键在于对加热温度、保温时间、以及温度的均匀性，等工艺参数进行控制。以及温度的均匀性，等工艺参数进行控制。热处理的温度越高，保温时间越长，应力消除的越彻底。研究证明，经过消除应力热处理后工件的应力一般能消除 60%80%以上。目前此项技术主要包括炉内整体热处理炉内整体热处理、炉外整体热处理炉外整体热处理、局局部热处理部热处理 3 项。2 振动时效法振动时效法 指将激振器置于容器或焊补位置，利用控制系统控制电机转速，通过激振器反复对工件施加周期性载荷，以机械方式迫使工件在其共振范围内产生共振。当材料屈服极限条件成立时，则造成工件中残余的高峰值处产生微小塑性变形，使得工件内部残余应力峰值降低，并使残余应力重新均化分布，从而达到释放应力的目的。同消除应力热处理法相比，振动时效设备投资少，能耗降低振动时效设备投资少，能耗降低90%，工期也从原来的，工期也从原来的 10 余小时缩短至余小时缩短至 1 小时之内，而且小时之内，而且其无氧化，尺寸精度稳定，其应力消除效果已达到或接近热处其无氧化，尺寸精度稳定，其应力消除效果已达到或接近热处理的效果。理的效果。国内研究证明，采用振动时效处理可消除应力 50%70%。但目前振动时效技术在设备的可靠性以及自动控制程度还较低，并且对于是否能对材料造成其它方面的缺陷，例如疲劳损伤等方面缺乏必要的验证。3 爆炸法爆炸法 指通过计算和合适的布置，利用少量炸药爆炸时产生的高温和巨大压力，来对工件进行处理。一方面在紧靠炸药的焊缝区，由于爆炸冲击载荷与残余应力叠加而超过了材料的动态屈服强度，随即产生塑性变形，原始残余应力开始释放。同时,应力波经 2 3 次的反射后，或在压力容器的其它部位应力波的峰值与残余应力叠加虽小于材料的动态屈服值。但由于振动产生的消除应力的效果，可使压力容器各部分的残余应力都产生不同程度的降低。爆炸法成本很低、工期短，对设备和场地几乎没有要求，爆炸法成本很低、工期短，对设备和场地几乎没有要求，从质量上讲不但可以有效消除焊接残余应力，而且在处理区域可以形成一定的压应力。由于缺乏必要的深入的研究，虽然同消除应力热处理相比该技术具有一定的优越性，但其应用和控制的准确性、可靠性方面，还不能使人完全信服，因此并未在整个压力容器制造行业得到推广。4 液压超载法液压超载法 指可控条件下，对容器施加一次或多次比其工作状态下稍大的外载荷。该载荷形成的应力与容器局部存在的焊接残余应力叠加，当合成应力达到材料屈服极限时，局部区域便产生了塑性变形。随着外加应力值的增加，合成应力达到屈服极限的范围增大，产生塑性变形的范围也应相应增大，但应力值没有增加或增加不多。由于容器本身是连续的，在外载荷卸除过程中，屈服变形区域与弹性变形区域同时以弹性状态回复，存在与容器内部的焊接残余应力随之获得释放而被部分消除。此技术一般是通过水压试验来进行水压试验来进行的，这对于一些焊后需要进行液压试验的焊接容器特别有意义。因为水压试验时容器所承受的试验压力均大于容器的工作压力，例如钢制压力容器其试验压力为容器工作压力的 1.25 倍，所以容器在进行水压试验的同时，对容器材料进行了一次相当于机械拉伸的膨胀，从而消除了部分焊接残余应力。试验结果表明，当容器材料选定时，残余应力消除效果与水压试验的压力成正比，因此可以适当的提高水压试验的压力以利于消除残余应力。由于水压试验是压力容器制造过程中必经的工序，因此采用此方法无需增加设备的投入，工期短、成本低、体现了良好的经工期短、成本低、体现了良好的经济效益。济效益。5 锤击法锤击法 采用锤击法适用于较长的焊缝和堆焊层。焊缝金属在冷却时由于焊缝收缩时受阻而产生应力，这时趁着焊缝和堆焊层还在赤热的状态下用锤轻敲焊缝区，焊缝金属在迅速均匀的锤击下产生横向塑性伸展，使焊缝收缩得到一定补偿，从而使该部位的拉伸残余应力的弹性应变得到松弛，焊接残余应力即可部分消除。锤击应在较高的温度下进行,但应避开材料的蓝脆范围。多层焊时，第一层和最后一层焊缝不用锤击，其余每层都要锤击。第一层不锤击是为了避免产生根部裂纹，最后一层焊缝要焊接得较薄，以便消除由于锤击而引起的冷作硬化。锤击法从原理上讲对防止应力腐蚀开裂是会有一定的抑制作用，在实际压力容器制造中应用的比较广泛。但是由于在实践操作过程中没有量化指标和较严格的操作规程，受人为操作因素影响较大，加上对比使用的验证工作不够，始终未被现行标准所采用，无法作为消除应力的最终处理，目前大多作为焊接过程中的应力松弛手段，也可用于难于进行热处理的奥氏体不锈钢焊接中。