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焊接残余应力解析与应对策略

焊接残余应力解析与应对策略

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  • 发布时间:2024-08-23
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【概要描述】在焊接的复杂的工艺过程中,焊接部位的材料会经历局部加热与膨胀,而周围未受热的材料则成为其膨胀的阻碍,从而引发温差应力的产生。 这种应力,若低于材料的屈服极限(解释:材料在受到外力作用时,达到某一程度塑性变形的应力值,当金属材料受到的应力超过其弹性极限,但未达到屈服极限时,材料会发生可逆的弹性变形,指在外力移除后,材料能恢复到原来的形态。然而,一旦材料承受的应力达到屈服极限,即使外力不再增加,材料也会继续发生塑性变形,这种现象称为屈服,也就是不可逆的塑性变形),在冷却后将自行消失;然而,一旦超过,材料便可能发生变形,进而在焊接区域留下不可忽视的内应力,就是焊接残余应力。 材料的屈服极限通常用【σy】表示。对于不同材料,屈服极限有所不同。例如,16Mn钢的屈服极限约为343MPa,而35钢的屈服极限约为320MPa。这些数值是材料设计及工程应用中的重要参考指标,它们决定了材料能在何种条件下安全使用,以及能承受多大的载荷。 在压力容器制造过程中,当焊缝厚度小于20毫米时,焊接应力主要集中在板材的延伸方向,而在厚度方向上则相对较弱。因此,对于薄板焊接,我们主要关注的是纵向与横向应力。(纵向应力,是沿焊缝方向作用的应力;横向应力,是垂直于焊缝方向)在焊缝从高温冷却至低温的过程中,纵向残余应力较为显著。由于焊缝的收缩受到周围材料的阻碍,焊缝中心部分往往承受着巨大的拉应力。 当我们进一步探讨圆筒环向焊接时,会发现焊缝中心位置的拉应力达到最大值(拉应力指材料在受到拉伸外力时内部产生的抵抗拉伸的应力),并随着距离焊缝的增加而逐渐减小。而在封闭焊缝中,无论是纵向还是横向应力,均呈现出类似的分布规律,即在焊缝位置最大,随后逐渐减弱。 值得注意的是,接管与壳体焊接的焊缝上,横向应力的分布更为复杂,通常认为全为拉应力,且在焊缝中心位置达到峰值。 对于厚板焊接而言,残余应力的分布则与焊接方法和工艺参数相关。以电渣焊为例,由于熔渣的存在,两侧材料先冷却,中心后冷却,导致中心位置的拉应力尤为显著。而在板厚方向上,由于中心是最后冷却的区域,纵向与横向应力均在此处达到最大值。 面对焊接残余应力并非束手无策。通过有效的措施,可以显著减小甚至避免。 首先,正确的结构设计是基础中的基础,合理的结构设计能够减少焊接过程中的应力集中现象。 其次,选择合适的焊接工艺参数、合理安排焊接顺序也是关键所在。 此外,焊后热处理、预热以及振动消除等方法也是行之有效的残余应力控制手段。 焊接残余应力是一个较为复杂话题,通过对其产生的机理、分布规律以及影响因素的了解,采取相应的应对策略,我们可以更好地掌控这一问题。访问我的主页,你将发现关于压力容器和工业除尘的各种小知识和科普文章。诚挚地邀请各位朋友探索这片知识的宝库,一起开拓更宽广的视野。  

焊接残余应力解析与应对策略

【概要描述】在焊接的复杂的工艺过程中,焊接部位的材料会经历局部加热与膨胀,而周围未受热的材料则成为其膨胀的阻碍,从而引发温差应力的产生。



这种应力,若低于材料的屈服极限(解释:材料在受到外力作用时,达到某一程度塑性变形的应力值,当金属材料受到的应力超过其弹性极限,但未达到屈服极限时,材料会发生可逆的弹性变形,指在外力移除后,材料能恢复到原来的形态。然而,一旦材料承受的应力达到屈服极限,即使外力不再增加,材料也会继续发生塑性变形,这种现象称为屈服,也就是不可逆的塑性变形),在冷却后将自行消失;然而,一旦超过,材料便可能发生变形,进而在焊接区域留下不可忽视的内应力,就是焊接残余应力。

材料的屈服极限通常用【σy】表示。对于不同材料,屈服极限有所不同。例如,16Mn钢的屈服极限约为343MPa,而35钢的屈服极限约为320MPa。这些数值是材料设计及工程应用中的重要参考指标,它们决定了材料能在何种条件下安全使用,以及能承受多大的载荷。

在压力容器制造过程中,当焊缝厚度小于20毫米时,焊接应力主要集中在板材的延伸方向,而在厚度方向上则相对较弱。因此,对于薄板焊接,我们主要关注的是纵向与横向应力。(纵向应力,是沿焊缝方向作用的应力;横向应力,是垂直于焊缝方向)在焊缝从高温冷却至低温的过程中,纵向残余应力较为显著。由于焊缝的收缩受到周围材料的阻碍,焊缝中心部分往往承受着巨大的拉应力。



当我们进一步探讨圆筒环向焊接时,会发现焊缝中心位置的拉应力达到最大值(拉应力指材料在受到拉伸外力时内部产生的抵抗拉伸的应力),并随着距离焊缝的增加而逐渐减小。而在封闭焊缝中,无论是纵向还是横向应力,均呈现出类似的分布规律,即在焊缝位置最大,随后逐渐减弱。



值得注意的是,接管与壳体焊接的焊缝上,横向应力的分布更为复杂,通常认为全为拉应力,且在焊缝中心位置达到峰值。



对于厚板焊接而言,残余应力的分布则与焊接方法和工艺参数相关。以电渣焊为例,由于熔渣的存在,两侧材料先冷却,中心后冷却,导致中心位置的拉应力尤为显著。而在板厚方向上,由于中心是最后冷却的区域,纵向与横向应力均在此处达到最大值。



面对焊接残余应力并非束手无策。通过有效的措施,可以显著减小甚至避免。

首先,正确的结构设计是基础中的基础,合理的结构设计能够减少焊接过程中的应力集中现象。

其次,选择合适的焊接工艺参数、合理安排焊接顺序也是关键所在。

此外,焊后热处理、预热以及振动消除等方法也是行之有效的残余应力控制手段。

焊接残余应力是一个较为复杂话题,通过对其产生的机理、分布规律以及影响因素的了解,采取相应的应对策略,我们可以更好地掌控这一问题。访问我的主页,你将发现关于压力容器和工业除尘的各种小知识和科普文章。诚挚地邀请各位朋友探索这片知识的宝库,一起开拓更宽广的视野。

 

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大家好!在焊接的复杂的工艺过程中,焊接部位的材料会经历局部加热与膨胀,而周围未受热的材料则成为其膨胀的阻碍,从而引发温差应力的产生。

这种应力,若低于材料的屈服极限(解释:材料在受到外力作用时,达到某一程度塑性变形的应力值,当金属材料受到的应力超过其弹性极限,但未达到屈服极限时,材料会发生可逆的弹性变形,指在外力移除后,材料能恢复到原来的形态。然而,一旦材料承受的应力达到屈服极限,即使外力不再增加,材料也会继续发生塑性变形,这种现象称为屈服,也就是不可逆的塑性变形),在冷却后将自行消失;然而,一旦超过,材料便可能发生变形,进而在焊接区域留下不可忽视的内应力,就是焊接残余应力。

材料的屈服极限通常用【σy】表示。对于不同材料,屈服极限有所不同。例如,16Mn钢的屈服极限约为343MPa,而35钢的屈服极限约为320MPa。这些数值是材料设计及工程应用中的重要参考指标,它们决定了材料能在何种条件下安全使用,以及能承受多大的载荷。

在压力容器制造过程中,当焊缝厚度小于20毫米时,焊接应力主要集中在板材的延伸方向,而在厚度方向上则相对较弱。因此,对于薄板焊接,我们主要关注的是纵向与横向应力。(纵向应力,是沿焊缝方向作用的应力;横向应力,是垂直于焊缝方向)在焊缝从高温冷却至低温的过程中,纵向残余应力较为显著。由于焊缝的收缩受到周围材料的阻碍,焊缝中心部分往往承受着巨大的拉应力。

当我们进一步探讨圆筒环向焊接时,会发现焊缝中心位置的拉应力达到最大值(拉应力指材料在受到拉伸外力时内部产生的抵抗拉伸的应力),并随着距离焊缝的增加而逐渐减小。而在封闭焊缝中,无论是纵向还是横向应力,均呈现出类似的分布规律,即在焊缝位置最大,随后逐渐减弱。

值得注意的是,接管与壳体焊接的焊缝上,横向应力的分布更为复杂,通常认为全为拉应力,且在焊缝中心位置达到峰值。

对于厚板焊接而言,残余应力的分布则与焊接方法和工艺参数相关。以电渣焊为例,由于熔渣的存在,两侧材料先冷却,中心后冷却,导致中心位置的拉应力尤为显著。而在板厚方向上,由于中心是最后冷却的区域,纵向与横向应力均在此处达到最大值。

面对焊接残余应力并非束手无策。通过有效的措施,可以显著减小甚至避免。

首先,正确的结构设计是基础中的基础,合理的结构设计能够减少焊接过程中的应力集中现象。

其次,选择合适的焊接工艺参数、合理安排焊接顺序也是关键所在。

此外,焊后热处理、预热以及振动消除等方法也是行之有效的残余应力控制手段。

焊接残余应力是一个较为复杂话题,通过对其产生的机理、分布规律以及影响因素的了解,采取相应的应对策略,我们可以更好地掌控这一问题。访问我的主页,你将发现关于压力容器和工业除尘的各种小知识和科普文章。诚挚地邀请各位朋友探索这片知识的宝库,一起开拓更宽广的视野。

 

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