焊接残余变形的矫正及残余应力的消除

焊接残余变形的矫正及残余应力的消除

1.焊接残余变形的矫正方法

（1）机械矫正法 机械矫正法是利用机械力的作用来矫正变形。图3—136 所示为工字梁焊后的机械矫正。低碳钢结构可在焊后直接应用此法矫正。对于一般合金结构钢的焊接结构，焊后先行消除应力处理，才能进行机械矫正。否则，不仅矫正困难，而且容易产生断裂。

薄板波浪变形的机械矫正应锤打焊缝区的拉应力段。因为拉伸应力区的金属经过锤打被延伸了，即产生了塑性变形，从而减小了对薄板边缘的压缩压力，矫正了波浪变形。在锤打时，必须垫上平锤，以免出现明显的锤痕。

（2）火焰矫正法  火焰矫正法是用氧—乙炔火焰或其他气体火焰（一般采用中性焰），以不均匀加热方式引起结构的某部位变形，来矫正原有的残余变形。具体方法是∶将变形构件的局部（变形处伸长的部分）加热到600~800℃，此时钢板呈褐红色 （适宜低碳钢），然后让其自然冷却或强制冷却，使之冷却后产生收缩变形，从而抵消原有的变形。

火焰加热的方式有以下 3种∶

1）点状加热矫正  图3—137 所示为点状加热矫正钢板和钢管的实例。图3—137a 所示为钢板（厚度在8 mm 以下）波浪变形的点状加热矫正，其加热点直径d一般不小于15 mm。点间距离L随变形量的大小而变，残余变形越大，/越小，一般在50～100 mm 范围内变动。为提高矫正速度和避免冷却后在加热处出现小泡突起，往往在加热完1个点后， 立即用木锤敲打加热点及其周围，然后浇水冷却。

图 3—137b 所示为钢管弯曲的点状加热矫正。加热温度为800℃，加热速度要快，加热一点后迅速移到另一点加热。采用同样方法加热并自然冷却1~2次，即能校直。

2）线状加热矫正  火焰沿着直线方向移动同时在宽度方向上进行横向摆动，形成带状加热，称为线状加热。图3—138 所示为线状加热的几种形式。在线状加热矫正时，加热线的横向收缩大于纵向收缩，加热线的宽度越大，横向收缩也越大。所以，在线状加热矫正时要尽可能发挥加热线横向收缩的作用。加热线宽度一般取钢板厚度的0.5~2倍。这种矫正方法多用于变形较大或刚性较大的结构，也可矫正钢板。图3—139 所示为线状加热矫正实例。

线状加热矫正时，根据钢材性能和结构的可能，可同时用水冷却，即水火矫正。这种方法一般用于厚度小于8 mm 的钢板，水火距离通常在25～30 mm。对于允许采用水火矫正的低碳钢，在矫正时应根据不同钢种调整水火距离。水火矫正如图3—140 所示。

3）三角形加热矫正  三角形加热即加热区呈三角形。加热的部位是在弯曲变形构件的凸缘，三角形的底边在被矫正构件的边缘，顶点朝内，如图3—141 所示。由于加热面积较大，所以收缩量也较大，尤其在三角形底部。可用多个焊炬同时加热，并根据结构和材料的具体情况，另加外力或用水火矫正。这种方法常用于矫正厚度较大、刚性较强构件的弯曲变形。

2.消除焊接残余应力的方法

（1）整体高温回火热处理 焊后对焊件进行热处理是消除焊接残余应力常用的方法。将焊件整体加热至材料相变点以下的某个温度范围 （一般为550～650℃），保温一定时间（一般钢材按1～2 min/mm 计算，但时间不宜少于30 min，不多于3 h），然后再均匀、缓慢地冷却。利用材料在此温度下屈服点降低，使内部残余应力高的部位产生塑性变形，而达到消除残余应力的目的。图3—142 所示为14MnMoVB 消除残余应力热处理的工艺曲线。

（2）局部高温回火热处理  对于不允许或无法用加热炉进行加热的某些焊件，可用红外线加热器、工频感应加热器等进行局部热处理，以降低焊件内应力的峰值，使焊接应力趋于平缓，起到部分消除应力的作用。局部消除应力热处理的加热宽度，一般应不小于焊件厚度的4 倍。在冷却时，用绝热材料包裹加热区域，以减缓冷却速度。

（3）机械拉伸法  对焊接构件进行加载，使焊后产生的压缩残余变形得到拉伸。可减小由焊接引起的局部压缩塑性变形量，使内应力降低。例如，焊接压力容器的水压试验就属于机械拉伸，既对容器进行了水压试验，又对材料进行了一次拉伸，从而消除了部分残余应力。

（4）温差拉伸法  基本原理与机械拉伸法相同。它是利用适当宽度的氧一乙炔焰炬，在焊缝两侧加热（后面带有排水的水管随同喷水冷却，如图3—143 所示），使两侧的金属因受热（温度约200℃）膨胀，对温度较低（约100℃）的焊缝区进行拉伸，使之产生拉伸塑性变形，以抵消原来的压缩塑性变形，从而消除内应力。此方法对于焊缝较规则且厚度小于40 mm 的板、壳结构具有一定的实用价值。

（5）振动法  振动法是利用偏心轮和变速电动机组成的激振器，使焊接结构发生共振，产生循环应力，以降低内应力。此方法对于大型焊接结构效果较好。

六、组合焊件的焊接复合训练

1.组合件焊前准备

（1）焊件 图3—144 所示为组合焊件的焊件图。钢管及钢板的材质为低碳钢。具体加工尺寸、数量及要求详见表3-48。

（2）焊条 E4303 型或E5015型。直径为φ3.2 mm和φ4.0mm。

 2.操作要求

（1）焊前要求

1）熟悉组合焊件的焊接图，检查各部件的加工尺寸、披口角度及数量是否与材料明细表所列各项要求一致。

2）清理各部件表面，并锉削坡口钝边和毛刺

（2）装配及定位焊

1）板、管的对接接头及管板接头组装时。根部间隙可以自己确定（如根部间隙取2 ～3 mm），除此之外不留间隙。定位焊的位置及数可结合前面所掌握的要领自己选择。例如，板对接定位焊取2 个，位置分别在板两端;管对接定位焊取3 个，位置分别在管四周120°均布;管板接头定位焊取3个，位置分别在管板四周120°均布。每处定位焊缝的长度均为10～15 mm。

2）可采取整体装配再进行焊接。但为便于组合焊件内部焊缝的检查，可将件M 留作最后组装和焊接。

3）定位装配时，要按照图样所示的装配尺寸进行，并要保证各部位的平行度和垂直度。

（3）焊接时要求

1）焊缝序号①②③④⑤⑧⑩⑬⑳的焊缝均应采用单面焊双面成形。

2）在焊接序号②③⑩⑪焊缝时，应使焊件距地面900 mm 高度固定。序号⑩⑪焊缝应采用仰焊操作。焊接序号②③焊缝时，应将焊件转动90°固定，进行水平固定管板、水平固定管的全位置焊接;余下的焊缝均在工作台面上，按焊件图的主视图位置进行焊接。

3）确定各焊缝的焊接顺序时，应考虑焊接残余应力和变形对焊件的影响。

4）要保证各焊缝之间的交接处有良好的熔合，无不致密性的缺陷。组合焊件焊缝的焊接参考顺序及焊接要求见表3-49。

3.焊后检验

（1）在件M未装焊之前，要对所有焊缝背面进行外观检验，检查其是否存在未焊透、背面焊缝余高过大、焊瘤、夹渣等缺陷。并对所有焊缝煤油试验，检查焊缝有无贯穿性缺陷。

（2）全部焊接结束后，应对整体焊缝表面进行外观检验。