焊接后熱處理技術(shù)及焊接殘余應(yīng)力的影響分析

焊接后熱處理技術(shù)及焊接殘余應(yīng)力的影響分析焊件施焊后，結(jié)構(gòu)受加熱影響會出現(xiàn)局部塑性變形情況，溫度降低后，焊件內(nèi)部會殘余部分應(yīng)力，直接弱化工件機(jī)械強(qiáng)度，繼而引發(fā)裂紋等不良現(xiàn)象。作為技術(shù)人員試驗(yàn)后，應(yīng)明確掌握焊接殘余應(yīng)力的影響因素與熱處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力峰值的有效控制，確保焊接質(zhì)量。標(biāo)簽：焊接；熱處理技術(shù)；殘余應(yīng)力受焊接原材料、熱源等因素影響，焊接后會殘余部分應(yīng)力，直接降低焊接結(jié)構(gòu)的靜力、疲勞強(qiáng)度與剛度，縮短工件使用壽命。熱處理技術(shù)可有效消除焊接殘余應(yīng)力，但前提是合理模擬溫度與應(yīng)力場數(shù)值，確保焊接殘余應(yīng)力有效消除且處于平穩(wěn)狀態(tài)。一、焊接殘余應(yīng)力主要影響因素1焊接原材料焊接殘余應(yīng)力直接受原材料熔化溫度影響，兩者存在正相關(guān)。除此之外，殘余應(yīng)力還受彈性模量、屈服強(qiáng)度與膨脹系數(shù)等因素影響。不同的原材料種類，彈性模量、屈服強(qiáng)度等反應(yīng)不同，殘余應(yīng)力大小也不同。尤其是膨脹系數(shù)，當(dāng)去處于高溫環(huán)境中時，溫度會持續(xù)增加，呈線性增加狀態(tài)[1]。2焊接參數(shù)通常情況下，要求焊接電流不變，需要提高焊接效率，與此同時，此時焊接溫度場將延長，焊接梯度、殘余應(yīng)力隨之增加。要求焊接速度不變，需要提升焊接電流強(qiáng)度，與此同時，焊接溫度場長寬拓展，焊接梯度、殘余應(yīng)力隨之增加。3焊接熱源焊接屬于不均勻的局部加熱過程，熱源中心溫度持續(xù)升高，焊縫施焊后，焊件不同點(diǎn)溫度發(fā)生變化，溫度場隨之改變。與此同時，焊件溫度梯度、殘余應(yīng)力也受到影響。4焊接比容焊件加熱、冷卻后，會出現(xiàn)相變作用，繼而引起比容與性能等發(fā)生變化。當(dāng)鋼材溫度超過700℃時，會實(shí)現(xiàn)奧氏體、鐵素體的轉(zhuǎn)變，殘余應(yīng)力可不計，隨著溫度降低，碳元素數(shù)量與合金數(shù)量等不斷增加，鋼結(jié)構(gòu)逐漸產(chǎn)生相變，在體積快速膨脹作用下，會形成殘余應(yīng)力[2]。二、焊接殘余應(yīng)力對構(gòu)件的危害1焊件靜力強(qiáng)度下降焊件結(jié)構(gòu)在承載力影響下，會產(chǎn)生一定的塑性變形能力。屈服強(qiáng)度區(qū)域應(yīng)力隨者荷載力的增加而加大，不在屈服強(qiáng)度的區(qū)域應(yīng)力也隨之改變，此時，靜力強(qiáng)度不受焊接殘余應(yīng)力影響。當(dāng)承載作用下的焊件結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生塑性變形力，則結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度會受焊接殘余應(yīng)力較大影響。2焊件疲勞強(qiáng)度下降循環(huán)荷載情況下，焊接殘余應(yīng)力循環(huán)過程會發(fā)生偏移，幅值不變，但平均值改變，極限幅值、平均值間呈負(fù)相關(guān)。在應(yīng)力產(chǎn)生部位下的拉伸焊接參與應(yīng)力，會直接降低結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。3焊件剛度不足焊件存在荷載、焊接殘余應(yīng)力時，會出現(xiàn)應(yīng)力疊加情況，焊件材料處于屈服極限狀態(tài)。在材料塑性性能中通常不會體現(xiàn)，隨著局部應(yīng)力不斷加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)承載力下降，致使結(jié)構(gòu)剛度下降。尤其是在反復(fù)校正焊縫、火焰等情況下，在焊接殘余應(yīng)力、加載作用下，會出現(xiàn)變形情況，即使卸載也無法改善回彈性不足狀況。4腐蝕開裂腐蝕介質(zhì)、拉應(yīng)力因素影響下，焊件極易出現(xiàn)裂縫情況，即應(yīng)力腐蝕開裂。受拉應(yīng)力影響，金屬表面腐蝕鈍化膜不斷被破壞。除此之外，受殘余拉應(yīng)力間的疊加影響，會加劇斷裂、腐蝕程度。三、焊后熱處理技術(shù)應(yīng)用機(jī)理焊接熱源的局部加熱，與不均勻冷卻，會使焊件形成不規(guī)則塑性流動，繼而引起彈塑性應(yīng)變，產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。施焊中，焊接區(qū)熔化后溫度升高，與其周圍焊件結(jié)構(gòu)形成溫度差，直接影響熔池周圍高溫區(qū)材料熱膨脹作用，繼而使材料出現(xiàn)不規(guī)則的壓縮塑性變形情況。隨著溫度降低，部分材料受塑性變形作用影響，自由收縮能力下降，受拉伸作用影響出現(xiàn)拉應(yīng)力。拉應(yīng)力形成也與熔池凝固作用影響，使金屬冷卻收縮出現(xiàn)拉應(yīng)力。而焊接后熱處理技術(shù)，能夠圍繞殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)制，在焊接前采取預(yù)熱措施，減小焊縫、金屬試板間的溫度差，最大程度規(guī)避原材料、焊縫變形問題。在溫度下降過程中，通過保溫棉減少溫度差，可使材料整體冷卻產(chǎn)生均勻變形，最終形成較小的焊接殘余應(yīng)力[3]。四、熱處理技術(shù)應(yīng)用模擬值1溫度場模擬值焊后熱處理技術(shù)的應(yīng)用，使焊件以指定加熱速度升溫，保持一定時間后，再結(jié)晶已變形金屬，使其形成新等軸晶粒，繼而最大程度消除晶體缺陷，控制焊件強(qiáng)度與韌性，消除部分的殘余應(yīng)力。為有效收集熱處理過程中的溫度場模擬值，需根據(jù)熱處理各個溫度階段的升溫、降溫試驗(yàn)，利用有限元軟件計算各階段熱源，在模型中模擬，從而獲取需要的溫度場值。觀察數(shù)值模擬曲線可了解各階段的溫度控制的達(dá)標(biāo)情況，如保溫階段的接頭部位溫度控制達(dá)標(biāo)情況。2應(yīng)力場模擬值將初始狀態(tài)的殘余應(yīng)力場分布導(dǎo)入模型內(nèi)，實(shí)時記錄溫度變化過程，了解各節(jié)點(diǎn)溫度與應(yīng)力數(shù)據(jù)，并將其加載至模型中，借助熱塑性理論，綜合溫度場等影響因素，計算熱處理中的殘余應(yīng)力分布與數(shù)值。將計算后的數(shù)據(jù)與焊后殘余應(yīng)力比較，可見殘余應(yīng)力峰值有下降。熱處理結(jié)束后，受熱處理作用情況，殘余應(yīng)力釋放、重新組織、分配；對此，焊縫遠(yuǎn)處材料區(qū)域上，殘余應(yīng)力值不斷提高（上升至100Mpa左右）。內(nèi)表面的殘余應(yīng)力峰值，與外表面等效殘余應(yīng)力值間存在負(fù)相關(guān)。而焊后熱處理技術(shù)能夠在殘余應(yīng)力峰值降低30%-50%幅度時，使殘余應(yīng)力趨于平穩(wěn)?？偨Y(jié)利用熱處理技術(shù)消除焊接后殘余應(yīng)力復(fù)雜且繁瑣，需注意溫度差控制、組織轉(zhuǎn)變場與溫度場影響等問題，在其基礎(chǔ)上合理利用有限元計算方法、熱彈塑性理論，實(shí)現(xiàn)對熱處理技術(shù)的分布計算，繼而掌握熱處理技術(shù)對殘余應(yīng)力影響的分布規(guī)律，確保焊件應(yīng)力被有效消除與控制。參考文獻(xiàn)：[1]李松明，楊曉翔.預(yù)熱及焊后熱處理對T91鋼焊接殘余應(yīng)力的影響[J].石油化工設(shè)備，2016，45（6）：7-12.[2]張昭，葛芃.焊后熱處理對FSW和TIG焊殘余應(yīng)力影響的數(shù)值模擬[J].兵器材料科學(xué)與工程，2017（1）：1-7.[3]趙翠華，曹軍，魯欣豫，