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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。