焊接殘余應力是指不銹鋼制品管在焊接熱過程中因變形受到約束而產生的殘留在焊接結構中的內應力。其中尤以焊縫金屬熔化后再凝固、冷卻收縮受到約束而產生的熱應力最為顯著,是殘余應力的主要部分。在焊接冷卻過程中內部金相組織變化時出現的內應力是殘余應力的次要部分。結構的剛性愈大,即拘束度愈大,產生的殘余應力也愈大,對結構承載能力的影響也愈大。那么該如何消除不銹鋼制品管焊接殘余應力呢?
一、振動法 振動法的實質是通過振動的形式給不銹鋼制品管施加一個動應力,當動應力與其本身的殘余應力疊加后,達到或超過材料的微觀屈服極限時,鋼管就會發生微觀或宏觀的局部、整體的彈性塑性變形,同時降低并均化其內部的殘余應力,最終達到防止不銹鋼管變形與開裂,穩定尺寸與幾何精度的目的。所有形狀大小的不銹鋼管都可以使用這種方法完成,不僅適用性強,還節省成本,效率高。
二、局部高溫回火 將焊縫及其附近應力較大的局部區域加熱到高溫回火溫度,然后保溫并緩慢冷卻。常用于不銹鋼制品管焊接接頭,以及長構件的對接接頭等。雖然局部高溫回火難以完全消除殘余應力,但可降低其峰值,使應力的分布比較平緩。消除應力的效果取決于局部區域的溫度分布均勻程度,保證足夠的加熱寬度,可以取得較好的降低應力的效果。局部高溫回火可采用氣體火焰加熱、工頻感應加熱、紅外線加熱及履帶式加熱等方法。
三、整體高溫回火 整體高溫回火一般在爐內進行。對于尺寸比較大的焊管,也可采用在管材外壁覆蓋絕熱層,而在管材內部用火焰或電阻加熱的辦法來處理。把焊件整體加熱到一定溫度,保溫一定時間,然后緩慢冷卻。實踐表明,整體高溫回火消除焊接殘余應力的效果最好,它可將80%~90%以上的殘余應力消除。
四、機械拉伸法 焊后對
不銹鋼制品管加載,使具有較高拉伸殘余應力的區域產生拉伸塑性變形,卸載后可抵消一部分焊接殘余應力。加載應力越高,焊接過程中形成的壓縮塑性變形就被抵消的越多,內應力也就消除的越徹底。
五、溫差拉伸法 在焊縫兩側用可移動的火焰進行加熱,用與火焰同時移動的噴水進行急冷,因此造成了兩側高、焊縫區低的溫度場。兩側的金屬因受熱膨脹對溫度較低的焊縫區進行拉伸,并且產生拉伸塑性變形,抵消了部分焊接過程中產生的壓縮塑性變形,從而降低了焊接殘余應力。
以上就是如何消除不銹鋼制品管焊接殘余應力的五種解決方法,正確的設計方案是控制應力的根本措施,如減少焊縫的數量及尺寸、避免焊縫過分集中、避免應力集中等方法。但是僅依靠正確的設計并不能完全控制殘余應力,還須利用正確的工藝方法與其相結合,才能有效地將焊接應力的影響控制到較低的程度。