机械应力消除法在焊接残余应力的作用范文
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摘要：焊接技术在我国工业生产中具有广泛的应用，由于焊接工艺的质量会对工业产品的质量以及生产安全等产生很大影响，因此，各行各业对焊接结构的性能、焊接质量的要求越来越严格。在焊接的过程中，很容易产生焊接残余应力，这个应力会对焊接工艺质量造成很大影响，因此必须予以消除。针对焊接过程中产生的残余应力，本文介绍了利用机械应力进行消除的方法，实验证明，机械应力消除法对焊接残余应力具有消除作用，可以用于实际生产。
关键词：机械应力；焊接；残余应力；变形控制
1焊接残余应力的概况
在工业生产中，很多零部件需要焊接技术，在焊接钢结构焊件的过程中，由于焊接过程中所产生的热应力、相变应力和加工应力完全超过焊件本身的屈服极限，这就会引起钢结构焊件在焊接结束且冷却之后，出现没有来得及消除的焊接残余应力[1]。焊接应力与变形问题主要产生的原因是在工人操作焊接钢结构时，由于不均匀温度场对焊接的影响，引发焊件局部塑性变形，同时，也会引起比容不同组织的问题。对于钢结构焊件，在其加工生产中一旦出现焊接残余应力，非常容易出现焊接材料产生变形翘曲的问题，如果问题比较严重，后期还会引发焊接部位结点开裂、应力腐蚀等诸多质量问题，这样一来钢结构焊接件的质量会出现很多问题，焊件本身的使用期限会缩短很多，钢结构焊接的质量和结构功能会下降[2]。
2焊接结构残余应力产生的因素
2.1焊接主要用于钢结构的焊接，由于钢结构材料本身的特点以及焊接过程中力学性的原因，会产生一定的焊接残余应力。焊接工人在进行钢结构焊接的过程中，进行加热时，一旦加热不均，焊接后钢结构材料的温度呈梯度开始冷却，出现焊接残余应力。钢结构受热不均匀主要包括两方面的原因[3]，一是钢结构零部件的材质具有多样性，操作工人在进行焊接的过程中，由于材质的差异性，对不同的温度会产生不同的效应，钢结构在焊接时会产生不同的现象，材料在比热容方面发生变化，因此，焊接部位组织结构会出现由此原因引发的变化。二是由于钢结构材料的密度、导热系数、热膨胀系数等物理因素具有很大的差别，由于这些物理因素的不同也会引起对温度的不同反应，进而钢结构产生残余焊接应力。
2.2由于热源不同，在进行钢结构焊接时，也会产生不同程度的焊接残余应力。在焊接这一工种中，热源也有很大的不同，不同的焊接热源在参数和特点上具有很大的不同，特别是在温度场这一参数上，温度场这一参数很大程度上影响着焊接的结果[4]。现阶段，焊接主要使用的能量热源有电能、化学能、光辐射能及机械能，对于同一种材质的钢结构而言，不同的焊接热源回产生不同的焊接残余应力。由于焊接工人使用不同的焊接热源进行焊接，在焊接零件的周边会产生不同的温度场，由于焊接所产生的焊接残余应力也会有一定程度的差别，焊接部件的变形程度依据不同的焊接热源也会有所差异。在焊接的过程中，要根据部件的材质选择合适的焊接热源，以便于减少焊接过程中产生的钢材变形与炸裂问题。
2.3由于其他原因引起的焊接残余应力。在实际生产过程中，还存在很多因素会对焊接过程造成影响，进而产生焊接残余应力。例如，焊接工人在对钢结构进行焊接之前，通常会对钢结构器或局部零部件材进行过轧刹等预先处理，这种处理后期会在焊接的过程中产生一定作用，增加焊接残余应力产生的概率[5]。
3机械应力消除法对焊接残余应力的方法
在工业生产中，钢结构生产是大型机械工程生产工艺中的重要环节，对于整个机械工程来说，钢结构的质量与性能直接关系到机械工程的成败。钢结构的质量与性能在一定程度上与焊接技术与质量息息相关，特别是在焊接过程中产生的焊接残余应力，对于大型机械工程来说影响是巨大的[6]。焊接残余应力可以引发钢结构变形问题，能够改变钢结构的承载力，在强度、刚度和受压方面的稳定性都会随着变形而受到影响。如何消除焊接残余应力是大型机械工程等相关行业的焊接人员要思考的重要问题，消除了焊接残余应力可以及大地提高钢结构的质量。下文将介绍如何采用机械应力消除法来去除焊接残余应力的方法。为了减少大型机械工程中钢结构焊接过程里，由于产生了焊接残余应力而出现的变形问题，利用科学合理的方法来消除焊接残余应力是十分重要的工艺环节。实验表明，采用机械应力消除法可以消除焊接过程中产生的焊接残余应力。机械应力消除法主要适用于工程中焊接残余应力消除，主要是在焊接部分处适当施加外力，通过外力来改变由于焊接过程温度等的原因产生的变形，减少焊接残余应力。在实际工作中，一个机械工程是否可以采用机械应力消除法消除焊接残余应力，可以通过以下条件进行判断，不能一概而论，要根据现实情况进行选择。一是机械零部件本身是否能够采用机械应力消除法来消除焊接残余应力；二是在对机械零部件进行施力的过程中，要根据零部件的变形情况来考虑机械应力的大小；三是要根据零部件的变形位置，科学合理的设计机械应力的施力位置、施力的时间长短、施力的大小等要素。使用机械应力消除法来消除焊接残余应力，具体有以下几种方式。工人使用锤子对焊件变形部分进行锤击，锤击的过程中要注意力度的大小、方向、时长。对于比较精细的机械部分，应当用型号较小的锤子进行轻敲，让周围的金属慢慢延展，尽可能地减少焊接残余应力。如果在采用机械应力消除法进行焊接残余应力消除的过程中，机械零部件难以通过机械应力消除，可以适当通过加温的方式，使得机械零部件焊接变形的部门稍微软化，再进行机械应力消除焊接残余应力。焊件的焊接残余应力可以达到的最大值一般是焊件材质本身的屈服点，如果焊接工人想要全部消除焊件某一结构中的焊接残余应力，可以将焊件加热到屈服点等于零的温度，再进行机械应力消除。在工业生产中，很多零部件的焊接会产生焊接残余应力，为了消除焊接残余应力，提高机械零件的质量和稳定性，可以采用机械应力消除法进行焊接残余应力消除，实验结果证明效果良好。
4总结
我国工业生产中很多的机械制造都离不开焊接技术，焊接技术是推动我国工业生产的重要力量。由于焊接工艺的质量与工业产品的质量息息相关，同时又能影响生产安全，因此，各行各业越来越重视焊接结构的性能、焊接质量。在焊接的过程中，由于焊接技巧很容易产生焊接残余应力，这个应力会对焊接工艺质量造成很大影响，因此必须对焊接参与应力予以消除处理。针对焊接过程中产生的残余应力，本文介绍了利用机械应力进行消除的方法，实验证明，机械应力消除法对焊接残余应力具有消除作用，可以用于实际生产提高焊接的质量和性能。
参考文献：
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[3]林德超，史耀武，蔡洪能，等.焊缝线膨胀系数匹配对焊接残余应力的影响规律[J].中国机械工程，1998，9（2）：74-77.
[4]解德，李美堂.爆炸法消除超厚板焊接残余应力的工艺研究[J].钢铁研究，1995（2）：36-39.
[5]马耀芳，王富林，陈怀宁，等.爆炸法消除焊接残余应力工艺在三峡引水压力钢管上的应用[J].水利电力机械，2000（5）：8-12.
[6]孙少南，于敦吉，邱阳，等.焊后热处理对反应堆压力容器内环形件焊接残余应力的影响[J].压力容器，2017，34（4）：12-18.
作者:梁明 单位:聊城中通新能源汽车装备有限公司
