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不锈钢管焊接时产生的内应力添加时间:2021-04-23

不锈钢管的焊接一般都采用熔化焊的方式。熔化焊的实质是通过加热使母材和焊缝金属形成共同的晶粒组织,达到原子间的结合。不锈钢管的熔化焊一般都要经过加热、熔化、冶金反应、结晶、固态相变等过程。焊接过程产生残余应力的原因有以下几点:

(1)由于热应力而产生的不均匀塑性变形,从而产生出残余应力。

把材料急剧加热后,急剧冷却时,材料的外表和内部将产生很大的温差,因而产生热应力,这种热应力在弹性范围内与温差成比例关系,温差大到热应力超过材料的屈服点时,将产生塑性变形,这样当温差消失时,就会产生残余应力。假定温差t=200,材料的线膨胀系数=1.2×105,弹性模量E=20000kg/mm2,这时热应力为200×1.2×105=48kg/mm2480MPa,如果材料的屈服点在这个数值以下,则必然会产生残余应力。产生残余应力的最小温差叫做临界温差,如果把材料急剧加热,其内部与外表的温差在临界温差以上,这时则会产生外表拉伸,内部压缩的残余应力,不锈钢管的焊接过程正是急剧冷却的过程,焊道部分急剧受热,这时将产生拉伸的残余应力,如图3所示。

(2) 相变时产生的残余应力随着热源的离开,局部熔化的金属就开始结晶,金属由液态转变为固态,铁是有同素异构的金属,随着温度的下降,变成固态的铁还将发生固态相变即发生-Fe→-Fe→-Fe的转变。由于焊接是快速连续冷却,加之在固态原子的扩散要比液态下困难的多,因此这一相变过程容易过冷并被推移到较低的温度。-Fe→-Fe→-Fe相变过程往往会造成很大的内应力,其原因是相变时体积变化引起的。-Fe和-Fe都是体心立方晶格,而-Fe是面心立方晶格,由-Fe转变为-Fe时体积膨胀约为1%,在较低的温度下,金属材料的塑性较差,少量的体积变化就可能引起较明显的内应力,-Fe向-Fe的转变是中间过程,-Fe向-Fe的转变是最终过程。整个过程产生出表面拉伸、内部压缩的内应力(残余应力)

(3)关于热影响区在焊接过程中,熔合区的接近焊缝两侧的母材——热影响区,在焊接过程中受到热的作用,虽然热影响区中各质点的最高温度都不超过母材的熔点,但各质点所经受的焊接热循环不同,所发生的组织转变也不同,也要产生与熔合区相类似的残余应力,只是残余应力的大小分布随其距焊缝的远近而有所不同。