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云南省焊工證:焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因

[日期:2022-05-21]   來源:云南技能考試網(wǎng)  作者:云南技能考試網(wǎng)   閱讀:974次

焊接過程是金屬進行局部加熱和冷卻的過程,即焊接熱循環(huán)過程。焊接熱循環(huán)指焊接過程中,在焊接熱源的作用下,工件上某點溫度隨時間變化的過程,其特征是加熱速度很快,在最高溫度下停留時間很短,隨后各點按照不同的冷卻速度進行冷卻,因此工件上溫度的分布具有不均勻性,如圖5-1所示。低碳鋼熔池的平均溫度達到1700℃以上,熔池周圍溫度迅速遞減。在此過程中造成金屬內(nèi)部不均勻的膨脹和收縮,結(jié)果產(chǎn)生了焊接應(yīng)力和焊接變形。對于普通金屬結(jié)構(gòu)而言,焊后產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的基本原因則是焊后焊縫 區(qū)的金屬發(fā)生了縱向和橫向收縮。


焊工是一種技術(shù)型工種,從事焊工必須持上崗證工作,焊工操作證每3年需要復(fù)審一次。一人一證持證上崗,全國通用。(焊工上崗證以應(yīng)急管理部(原安監(jiān)局)頒發(fā)的特種作業(yè)證書為準)


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假設(shè)在焊接過程中工件整體均勻受熱,則加熱膨脹和冷卻收縮將不受拘束而處于自由狀態(tài)。那么焊后工件不會產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形,見表5-1。但實際上工件是局部不均勻地加熱和冷卻。用一根金屬棒進行不均勻加熱和冷卻實驗,可以模擬金屬材料的焊接過程。

 

金屬棒加熱時,膨脹受到阻礙,產(chǎn)生了壓應(yīng)力,在壓應(yīng)力的作用下,產(chǎn)生一定熱壓縮塑性變形。冷卻時,金屬棒可以自由收縮,冷卻到室溫后金屬棒長度有所縮短,應(yīng)力消失。

由表5-3可知,金屬棒在加熱和冷卻過程中都受到拘束,其長度幾乎不能伸長也不能縮短。加熱時,棒內(nèi)產(chǎn)生壓縮塑性變形;冷卻時的收縮使棒內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力和拉伸變形。當冷卻到室溫后,金屬棒長度幾乎不變,但金屬棒內(nèi)產(chǎn)生了較大的拉伸應(yīng)力。

在焊接過程中,電弧熱源對工件進行了局部加熱,整個工件溫度處于不均勻狀態(tài),焊縫及其附近金屬加熱到高溫時,由于受到周圍溫度較低部分金屬的阻礙,不能自由膨脹而產(chǎn)生了壓應(yīng)力,如果壓應(yīng)力足夠大就會產(chǎn)生塑性變形。當焊縫及其附近金屬冷卻發(fā)生收縮時,同樣會由于周圍較低溫度的焊縫金屬的拘束,不能自由收縮,在產(chǎn)生一定的拉伸變形的同時,產(chǎn)生了焊接拉應(yīng)力。

例如試板不受拘束,則高溫時能自由膨脹,冷卻后不受任何拘束自由收縮,由于熔敷金屬的填充量較多,因而自由收縮量較大,會產(chǎn)生角變形,但沒有焊接應(yīng)力。如果對V形坡口平板對焊進行剛性固定,則加熱膨脹在試板內(nèi)會產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓縮變形,冷卻收縮在試板內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力和拉伸塑性變形。冷卻到室溫后,若解除拘束,則試板變形很小幾乎看不出來,但其內(nèi)部會產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,如圖5-2所示。

由以上分析可知,焊接過程中,對工件進行局部不均勻加熱是產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的主要原因。焊接接頭的收縮造成了焊接結(jié)構(gòu)的各種變形。另外在焊接過程中,焊接接頭晶粒組織發(fā)生轉(zhuǎn)變引起體積的變化,也會在金屬內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力,同時也可能引起焊接變形。焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形同時存在,又相互制約。如果外力使焊接殘余變形減小,則殘余應(yīng)力會增大;如果使殘余應(yīng)力減小,則殘余變形會增大,應(yīng)力和變形同時完全消除是不可能的。


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