時(shí)間：2022-10-02 19:30:44
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇焊接應(yīng)力，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：焊接應(yīng)力與變形 拘束 熱輸入 屈服強(qiáng)度 關(guān)系
力的概念是在工程實(shí)踐中建立的，可以通過力的作用效果感受它的存在。我們將力使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的效應(yīng)稱為外效應(yīng)；我們將力使物體發(fā)生的形狀的變化的效應(yīng)稱為內(nèi)效應(yīng)。作為焊接結(jié)構(gòu)中的力學(xué)問題研究的是力的內(nèi)效應(yīng)，當(dāng)材料變形時(shí)，桿件內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生了用來抵抗變形、企圖使材料恢復(fù)原狀的抵抗力，這種因外力作用而引起構(gòu)建內(nèi)部之間的相互作用力，簡稱內(nèi)力。外力越大，內(nèi)力隨著增大，變形也就越大，當(dāng)內(nèi)力超過一定強(qiáng)度極限時(shí)，桿件就會被破 壞。桿件在外力作用下，單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力；桿件非外力作用下，單位面積上的內(nèi)力稱為內(nèi)應(yīng)力。對于金屬材料構(gòu)件當(dāng)所受應(yīng)力大于等于屈服強(qiáng)度，構(gòu)件就會產(chǎn)生塑性變形并且不能回復(fù)；當(dāng)所受應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度，構(gòu)件就會產(chǎn)生塑性變形，因此工程上常用應(yīng)力衡量構(gòu)件受力的強(qiáng)弱程度。
一、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因
通常，我們把焊接時(shí)不均勻加熱看成產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因，焊接應(yīng)力與變形是由多種因素交互作用而導(dǎo)致的結(jié)果，如材料因素、工藝因素和結(jié)構(gòu)因素等。若僅就其材料本身的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)引起的內(nèi)拘束條件影響而言，焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因可表述如下：焊接熱輸入引起材料不均勻加熱，使焊縫區(qū)熔化，在熱傳導(dǎo)作用下致使焊接接頭形成了高溫區(qū)，材料的發(fā)生熱膨脹則受到周圍母材形成的低溫區(qū)域的限制，產(chǎn)生不均勻的壓縮塑性變形；在冷卻過程中已產(chǎn)生的壓縮塑性變形的這部分材料又受到周圍材料的限制而不能自由收縮，不同程度上又被拉伸而卸載；與此同時(shí)熔池凝固金屬冷卻收縮也產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力與變形，也就是高溫焊縫區(qū)受到拉應(yīng)力，在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生了縮短的不協(xié)調(diào)應(yīng)變。
與焊接接頭區(qū)產(chǎn)生的縮短不協(xié)調(diào)應(yīng)變相對應(yīng)在構(gòu)件中會形成自身相平衡的內(nèi)應(yīng)力，即為焊接應(yīng)力。焊接接頭區(qū)金屬在冷卻到較低溫度時(shí)，材料恢復(fù)到彈性狀態(tài)；此時(shí)若有金屬組織變化，則伴隨體積變化出現(xiàn)相變應(yīng)力。
二、焊接應(yīng)力與變形關(guān)系的闡述
在焊接過程中，焊縫金屬在熱膨脹過程中受到處于相對低溫區(qū)的母材金屬的內(nèi)拘束和結(jié)構(gòu)外拘束，不能夠自由膨脹而產(chǎn)生壓應(yīng)力，壓應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度時(shí)，這樣就產(chǎn)生了壓縮塑性變形，隨著變形量的增加，焊接應(yīng)力減小，焊接變形成了應(yīng)力的釋放形式，由于材料還未成為完全塑性材料，在材料內(nèi)部還會產(chǎn)生壓縮彈性變形，為使整個(gè)構(gòu)件平衡，接頭高溫區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力，母材低溫區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力。
在焊接接頭冷卻過程中，產(chǎn)生壓縮塑性變形的焊縫區(qū)由于不能恢復(fù)到原來狀態(tài)，要縮短，由于內(nèi)外拘束條件的限制，焊縫金屬產(chǎn)生了拉應(yīng)力，屈服點(diǎn)卻隨溫度的降低而升高，因此焊縫產(chǎn)生了一定量的拉伸應(yīng)變，并未完全拉伸而卸載，即焊接拉應(yīng)力在焊縫拉伸過程中有所減小，當(dāng)減小到屈服點(diǎn)以下就以彈性應(yīng)變的方式存在于焊接構(gòu)件當(dāng)中，即產(chǎn)生拉應(yīng)力，為平衡與此構(gòu)件當(dāng)中產(chǎn)生了的焊接壓應(yīng)力，最終整個(gè)構(gòu)件在一拉一壓應(yīng)力作用下平衡了，且構(gòu)件面積變小。
由此可見焊接應(yīng)力與變形總是成對出現(xiàn)，在焊接應(yīng)力、溫度和屈服強(qiáng)度的對比的條件下相互轉(zhuǎn)化，溫度升高，屈服強(qiáng)度降低，變形增加，焊接應(yīng)力減小；反之，屈服強(qiáng)度降低，變形減小，焊接應(yīng)力增加。
三、防止焊接應(yīng)力與變形的措施
在了解焊接應(yīng)力與變形原因和關(guān)系的基礎(chǔ)之上，采取措施控制應(yīng)力與變形總的原則是控制應(yīng)力，就得增加焊接結(jié)構(gòu)的變形量；控制變形，就得增加焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，這就根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體條件而定，主要從以下三個(gè)方面入手。
從原因上控制金屬材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、焊接熱輸入著眼，設(shè)計(jì)上采用塑性好的金屬材料作為焊接結(jié)構(gòu)材料；用其他結(jié)構(gòu)代替焊接結(jié)構(gòu)；采取工藝措施配合低的焊接熱輸入，縮小不均勻加熱的程度；在滿足使用條件的前提下，盡量減小焊縫的數(shù)量和尺寸，比如斷續(xù)焊代替連續(xù)焊，盡量不開坡口等；合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終減少焊接構(gòu)件的內(nèi)外拘束條件，以求產(chǎn)生的焊接應(yīng)力最小，焊接變形也隨之減少。
從焊接過程中控制裝配焊接順序、焊接材料的選擇、裝夾條件、施焊順序，施焊工藝等，影響構(gòu)件的受熱不均勻程度、焊接接頭的拘束狀態(tài)，焊縫的受熱變化的條件，進(jìn)而影響焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生和相互轉(zhuǎn)化。
從焊后消除應(yīng)力熱處理把金屬構(gòu)件加熱到力學(xué)熔點(diǎn)以上，屈服點(diǎn)急劇降低接近于零，讓應(yīng)力釋放產(chǎn)生應(yīng)變，把焊接應(yīng)力消除80％-90％；還是火焰矯正變形時(shí)利用局部加熱至力學(xué)熔點(diǎn)之上而未發(fā)生相變的溫度區(qū)，如鋼600℃～800℃，讓構(gòu)件產(chǎn)生較大的壓縮塑性變形，進(jìn)而在快速冷卻過程中產(chǎn)生較大的收縮變形以矯正焊接變形等，都是建立在焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因和轉(zhuǎn)化關(guān)系的把握之上。
四、結(jié)論
焊接熱輸入的不均勻產(chǎn)生的壓縮塑性變形是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因；工藝因素和結(jié)構(gòu)因素構(gòu)成焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的外部拘束條件；在焊接過程中隨著內(nèi)外拘束條件的增加，壓縮塑性變形增加，焊接應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，反之焊接應(yīng)力增加，焊接應(yīng)力以拉應(yīng)力為主；控制焊接應(yīng)力與變形的轉(zhuǎn)換關(guān)系應(yīng)從屈服強(qiáng)度和焊接應(yīng)力的對比中入手。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】建筑鋼結(jié)構(gòu) 焊接 應(yīng)力 變形控制
一、產(chǎn)生原因分析
1.焊接應(yīng)力
焊縫溫度冷卻至室溫后，在整個(gè)接頭區(qū)內(nèi)焊縫及近縫的拉應(yīng)力與母材的壓應(yīng)力區(qū)域達(dá)到平衡，這時(shí)應(yīng)力狀態(tài)稱為焊接殘余應(yīng)力，形成焊接應(yīng)力。
2.焊接變形
在焊接應(yīng)力的作用下，如果焊件的約束較小，則焊件會產(chǎn)生形影的尺寸變化或彎曲或翹曲變形，稱為焊接變形。
3.焊接應(yīng)力與焊接變形產(chǎn)生原因
在焊接過程中，在不均勻加熱使得焊縫及其附近的溫度很高，而遠(yuǎn)處大部分金屬不受熱，其溫度接近室內(nèi)溫度。這樣，不受熱的金屬部分便阻礙了焊縫及近縫金屬的膨脹和收縮，因而，焊縫就產(chǎn)生了不同程度的收縮和內(nèi)應(yīng)力（縱向和橫向），就造成了焊接結(jié)構(gòu)的各種變形。金屬內(nèi)部晶粒組織的轉(zhuǎn)變所引起的體積變化也可能引起焊件的變形，這也是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。
4.焊件殘余應(yīng)力與變形危害
在焊接過程中焊件將發(fā)生變形，隨著變形的產(chǎn)生，焊件內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生變形，而焊完并冷卻后所留下的變形不是暫時(shí)的而是殘余的。通常焊接的殘余變形和應(yīng)力是同時(shí)訊在的，但在一般焊接結(jié)構(gòu)中殘余變形的危害性比殘余應(yīng)力大得多，它使焊件或不見尺寸改變而無法組裝，使整個(gè)構(gòu)件喪失穩(wěn)定而不能承受荷載，使展品質(zhì)量大大降低，而矯正卻要浪費(fèi)大量的人力和物力，有時(shí)還導(dǎo)致產(chǎn)品的報(bào)廢。同時(shí)焊接裂紋的產(chǎn)生往往和焊接殘余應(yīng)力和焊接變形有著密切的關(guān)系。有的金屬由于焊后產(chǎn)生了殘余應(yīng)力而使其適用性能大為下降，從而對這類金屬的焊件生產(chǎn)工藝上就存在大量困難。因此，在制造焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，必須充分了解焊接時(shí)應(yīng)力發(fā)生的機(jī)理和焊后決定工件變形的基本規(guī)律，以控制和減小它的危害。
二、鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力、變形分析與控制
1.焊接變形的控制措施
全面分析各因素對焊接變形的影響，掌握其影響規(guī)律，即可采取合理的控制措施。
（1）焊縫截面積的影響
焊縫截面積是指熔合線范圍內(nèi)的金屬面積。焊縫面積越大，冷卻時(shí)收縮引起的塑性變形量越大，焊縫面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的，而且是主要的影響因素，因此，在板厚相同時(shí)，坡口尺寸越大，收縮變形越大。
（2）焊接熱輸入的影響
一般情況下，熱輸入大時(shí)，加熱的高溫區(qū)范圍大，冷卻速度慢，使接頭塑性變形區(qū)增大。
（3）焊接方法的影響
多種焊接方法的熱輸入差別較大，在建筑鋼結(jié)構(gòu)常用的集中焊接方法中，除電渣焊以外，埋弧焊熱輸入量最大；在其他條件如焊縫斷面積等相同情況下，埋弧焊收縮變形最大，手工電弧焊居中，CO2氣體保護(hù)焊最小。
（4）接頭形式的影響
在焊接熱輸入、焊縫截面積、焊接方法等因素條件相同時(shí)，不同的接頭形式對縱向、橫向、角變形量有不同的影響。常用的焊縫形式有堆焊、角焊、對接焊。
①表面堆焊時(shí)，焊縫金屬的橫向變形不但受到縱橫向母線的約束，而且加熱只限于工件表面一定深度而使焊縫的收縮同時(shí)受到板厚、深度、母材方面的約束，因此，變形相對較小。
②T型角接接頭和搭接接頭時(shí)，其焊縫橫向收縮情況與堆焊相似，其橫向收縮值與角焊縫面積成正比，與板厚成反比。
③對接接頭在單道（層）焊的情況下，其焊縫橫向收縮比堆焊和角焊大，在單面焊時(shí)坡口角度大，板厚上、下收縮量差別大，因而角變形較大。雙面焊接時(shí)情況有所不同，隨著坡口角度和間隙的減小，橫向收縮減小，同時(shí)角變形也減小。
（5）焊接層數(shù)的影響
①橫向收縮；在對接接頭多層焊接時(shí)，第一層焊縫的橫向收縮符合對接焊的一般條件和變形規(guī)律，第一層以后相當(dāng)于無間隙對接焊，接近于蓋面焊道時(shí)與堆焊的條件和變形規(guī)律相似，因此，收縮變形相對較小。
②縱向收縮；多層焊接時(shí)，每層焊縫的熱輸入比一次完成的單層焊時(shí)的熱輸入小得多，加熱范圍窄，冷卻快，產(chǎn)生的收縮變形小得多，而且前層焊縫焊成后都對下層焊縫形成約束，因此，多層焊時(shí)的縱向收縮變形比單層焊時(shí)小得多，而且焊的層數(shù)越多，縱向變形越小。在工程焊接實(shí)踐中，由于各種條件因素的綜合作用，焊接殘余變形的規(guī)律比較復(fù)雜，了解各因素單獨(dú)作用的影響便于對工程具體情況作具體的綜合分析。
所以，了解焊接變形產(chǎn)生的原因和影響因素，則可以采取以下控制變形的措施：
a.減小焊縫截面積，在得到完整、無超標(biāo)缺陷焊縫的前提下，盡可能采用較小的坡口尺寸（角度或者間隙）。
b.對屈服強(qiáng)度345MPa以下，且硬性不強(qiáng)的鋼材采用較小的熱輸入，盡可能不預(yù)熱或適當(dāng)降低預(yù)熱和層間溫度；優(yōu)先采用熱輸入較小的焊接方法，如CO2氣體保護(hù)焊
c.厚板焊接時(shí)盡可能采用多層焊代替單層焊。
d.在滿足設(shè)計(jì)要求情況下，縱向加強(qiáng)肋和橫向加強(qiáng)肋的焊接可采用間斷焊接發(fā)。
e.雙面均可焊接操作時(shí)，要采用雙面對稱坡口，并在多層焊時(shí)采用與構(gòu)件中和軸對稱的焊接順序。
f.T形接頭板厚較大時(shí)采用開坡口叫對接焊縫。
g.采用焊前反變形方法控制焊后的角變形。
h.采用剛性夾具固定法控制焊后變形。
i.采用構(gòu)建預(yù)留長度補(bǔ)償焊縫縱向收縮變形，如H形縱向焊縫每米長可預(yù)留0.5～0.7mm。
j.對于長構(gòu)件的扭曲，主要靠提高板材平整度和構(gòu)件組裝精度，使坡口角度和間隙準(zhǔn)確，電弧的指向和對中準(zhǔn)確，以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構(gòu)件長度方向一致。
k.在焊縫眾多的構(gòu)件組焊和結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，要采取合理的焊接順序。
l.設(shè)計(jì)上要盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，合理布置焊縫，除了要避免焊縫密集以外，還應(yīng)使焊縫位置盡可能靠近構(gòu)件的中和軸，并使焊縫的布置與構(gòu)件中和軸相對陳。
2、焊接應(yīng)力的控制措施
構(gòu)件焊接時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)內(nèi)應(yīng)力，焊接后產(chǎn)生殘余應(yīng)力，并同時(shí)產(chǎn)生殘余變形，這是不可避免的現(xiàn)象。焊接變形的矯正費(fèi)時(shí)費(fèi)工，構(gòu)件制造和安裝企業(yè)首先考慮的是控制變形，往往對控制殘余應(yīng)力較為忽視，常用一些卡具、支撐以增加剛性來控制變形，實(shí)際上增大了焊后的殘余應(yīng)力。對于一些本身剛性較大的構(gòu)件，雖然變形會較小，但卻同時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂紋。因此，對于一些構(gòu)件截面厚大、焊接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、拘束度大、鋼材強(qiáng)度級別高、使用條件惡劣的重要結(jié)構(gòu)件要注意焊接應(yīng)力的控制。控制應(yīng)力的目的是降低其峰值使其均勻分布，其控制措施有以下幾種：
2.1減小焊縫遲勛；焊接內(nèi)應(yīng)力由局部加熱循環(huán)而引起，為此，在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，不應(yīng)加大焊縫尺寸和層高，要轉(zhuǎn)變焊縫越大越安全的觀念。
2.2.減小焊接拘束度；拘束度越大，焊接應(yīng)力越大，首先應(yīng)盡量使焊縫在較小拘束度下焊接，盡可能不用剛性固定的方法控制變形，以免增大焊接拘束度。
2.3.采取合理的焊接順序；在焊接較多的組裝條件下，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件形狀和焊縫的布置，采取先焊收縮較大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫；先焊拘束度較大而不能自由收縮的焊縫，后焊拘束度較小而能自由收縮的焊縫的原則。
2.4.降低焊件剛度；創(chuàng)造自由收縮的條件。
2.5.錘擊法減小焊接殘余應(yīng)力；在每層焊道完后立即用源頭敲渣小錘或電動(dòng)錘擊工具均勻敲擊焊縫金屬，使其產(chǎn)生塑性延伸變形，并抵消焊縫冷卻后承受的局部拉應(yīng)力。但根據(jù)焊道、坡口內(nèi)及蓋面層與母材坡口面相鄰的兩側(cè)焊道不宜錘擊，以免出現(xiàn)熔合線和近縫區(qū)的硬化或裂紋。高強(qiáng)度低合金鋼，如屈服強(qiáng)度級別大于345MPa時(shí)，也不宜用錘擊法消除焊接殘余應(yīng)力。
2.6.采用拋丸機(jī)除銹；通過鋼丸均勻敲打來抵消構(gòu)件的焊接應(yīng)力。
四、結(jié)束語
綜上所述，在施工過程中一定要了解焊接工藝，采用合理的焊接方法和控制措施，以便減少和消除焊接后殘余應(yīng)力、殘余變形。在實(shí)踐中不斷總結(jié)、積累焊接經(jīng)驗(yàn)，綜合分析考慮各種因素，以保證工程中的焊接質(zhì)量。
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關(guān)鍵詞：現(xiàn)場環(huán)境；侯剛班；焊接應(yīng)力；影響
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.013
0 前言
隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷完善，厚鋼板在鋼結(jié)構(gòu)橋梁中的應(yīng)用越來越廣泛，能夠在一定程度上提升鋼結(jié)構(gòu)橋梁的質(zhì)量。但是，我國對于厚鋼板焊接技術(shù)的研究還處于初級階段，在實(shí)際應(yīng)用過程中經(jīng)常會因?yàn)閯偠冗^大而產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力，降低鋼結(jié)構(gòu)的使用性能。為此，還需要針對各種因素對厚鋼板焊接應(yīng)力影響的分析。現(xiàn)場環(huán)境是造成厚鋼板焊接應(yīng)力缺陷的主要因素之一，其中的溫度、濕度、風(fēng)力等都會降低鋼結(jié)構(gòu)的使用性能，還需要進(jìn)一步完善。
1 現(xiàn)場環(huán)境因素給厚鋼板焊接造成的缺陷
（1）氣孔。在現(xiàn)場環(huán)境因素的影響下，厚鋼板焊接過程中經(jīng)常會出現(xiàn)電弧不穩(wěn)定、失去有效保護(hù)等問題，在一定程度上增加了周圍氣體的溶入，大量氣體被焊接熔池所吸收，在厚鋼板焊接位置形成氣泡，如果這些氣泡不能夠及時(shí)排除，就會殘留在厚鋼板焊接位置形成氣孔，降低厚鋼板焊接的質(zhì)量。常見的氣孔類型有兩種：氫氣孔和CO氣孔。
氫氣孔主要存在與焊縫表面，一般產(chǎn)生于低碳鋼和低合金鋼焊接過程中，氣孔內(nèi)部比較光滑。當(dāng)厚鋼板焊接過程中處于濕度比較大的現(xiàn)場環(huán)境當(dāng)中，就會在鋼材表面形成結(jié)露，增加了鋼材表面的水分，焊條藥皮受潮的情況比較嚴(yán)重，再加上低溫環(huán)境焊接，大量的氫元素還沒來得及上浮就被焊接在鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，在焊接部位形成氫氣孔。
CO氣孔是因?yàn)楹讣砻娴蔫F銹和氧化鐵皮在加熱的過程中合成的CO氣體沒有及時(shí)排除而在厚鋼板焊接表面形成了條蟲狀的內(nèi)部氣孔。另外，因?yàn)樵诎l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程中也會分解出氫離子，在一定程度上增加了氫氣孔的數(shù)量[1]。
（2）裂紋。裂紋是厚鋼板焊接過程中影響最為嚴(yán)重的缺陷，在很大程度上加重了鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的安全隱患。裂紋缺陷的存在能夠減少結(jié)構(gòu)承載截面，同時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的集中應(yīng)力，很容易在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)生斷裂的情況，引發(fā)非常嚴(yán)重的安全事故。與現(xiàn)場環(huán)境因素相關(guān)的厚鋼板焊接裂紋缺陷類型有兩種：冷裂紋和熱裂紋，其中冷裂紋一般產(chǎn)生于厚鋼板焊接之后冷卻的過程，具體表現(xiàn)為延遲現(xiàn)象，集中分布于熱影響區(qū)。熱裂紋是低溫焊接時(shí)焊縫冷卻速度加大，使焊縫收縮大于晶間結(jié)合力而引發(fā)的焊縫開裂現(xiàn)象。
（3）焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力是由于焊接時(shí)局部加熱和熔化過程中，加熱區(qū)受熱膨脹，而周圍的母材還處于冷態(tài)或加熱溫度不高，因而對焊接區(qū)受熱母材的膨脹起約束作用，焊接區(qū)承受受壓應(yīng)力，而母材承受受拉應(yīng)力。隨著厚鋼板焊接的不斷進(jìn)行，已完成的焊縫和熱影響區(qū)冷卻并收縮，而其周圍的母材此時(shí)卻起了約束其收縮的作用，這種應(yīng)力狀態(tài)就稱為焊接殘余應(yīng)力。在現(xiàn)場厚鋼板焊接的過程中，如果焊件的拘束度比較大，焊件就不能夠自由的變形[2]，其焊接應(yīng)力也會發(fā)生一定的變化。
2 解決現(xiàn)場環(huán)境因素對厚鋼板焊接應(yīng)力造成影響的措施
（1）確認(rèn)焊接作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。在開始進(jìn)行厚鋼板焊接工作之前，首先要對現(xiàn)場環(huán)境因素進(jìn)行詳細(xì)的確認(rèn)，在現(xiàn)場環(huán)境因素滿足設(shè)計(jì)方案實(shí)際需求的情況下，才能夠開始進(jìn)行厚鋼板焊接工作，從根本上降低厚鋼板焊接應(yīng)力，減少各種類型的現(xiàn)場環(huán)境因素對厚鋼板焊接的影響。工作人員應(yīng)該主要針對現(xiàn)場環(huán)境中的風(fēng)速、溫度、濕度等因素進(jìn)行檢測，其中，焊接作業(yè)區(qū)風(fēng)速主要包括兩個(gè)方面：手工電弧焊不超過8m/s；氣體保護(hù)電弧焊及藥芯焊絲電弧焊不超過2m/s。現(xiàn)場環(huán)境濕度保持在90%以下，溫度控制在正常溫度范圍內(nèi)。另外，在焊接現(xiàn)場周圍100mm的范圍內(nèi)不能夠出現(xiàn)水、油、銹等雜物[3]。
（2）從根本上消除氣體來源。要想消除厚鋼板焊接表面存在的氣孔，提高厚鋼板焊接的質(zhì)量，就必須要從根本上消除氣體來源。首先，工作人員應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行厚鋼板焊接表面的清理，尤其是要重點(diǎn)清理焊件表面上的鐵銹，確保焊件表面不存在鐵銹、油污、水等雜物。其次，要及時(shí)進(jìn)行焊接材料的防潮與烘干，利用現(xiàn)代化的科學(xué)儀器完成焊接材料的有效保存，確保焊接材料的干燥性。最后，要加強(qiáng)對焊接材料的防護(hù)工作，在厚鋼板焊接過程中，應(yīng)該做好氣體保護(hù)焊的防護(hù)措施，進(jìn)一步提升對焊接材料的保護(hù)作用，避免大量氣體溶入到焊接材料表面而形成氣孔。
（3）合理進(jìn)行焊接應(yīng)力控制。鋼結(jié)構(gòu)是橋梁施工中的重要組成部分，其合理使用能夠有效承載橋梁所承受的動(dòng)載。但是，厚鋼板的剛度普遍較高，在實(shí)際焊接^程中截面的慣性矩和拘束度都比較大，雖然其變形程度有所降低，卻產(chǎn)生了較高的內(nèi)應(yīng)力，甚至還會出現(xiàn)裂紋的情況[4]。由此可見，合理進(jìn)行厚鋼板焊接應(yīng)力的控制是非常必要的。工作人員在厚鋼板焊接的過程中應(yīng)該盡可能減小焊縫尺寸，滿足設(shè)計(jì)方案中的個(gè)性化要求，從而提升焊縫的安全性能。同時(shí)，還要按照設(shè)計(jì)方案中的順序進(jìn)行焊接，尤其是在焊縫比較多的情況，更應(yīng)該結(jié)合構(gòu)件的形狀進(jìn)行焊縫的合理布置，從而實(shí)現(xiàn)降低現(xiàn)場環(huán)境對于厚鋼板焊接應(yīng)力影響的目標(biāo)。
3 結(jié)論
綜上分析可知，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷完善，厚鋼板焊接的質(zhì)量在橋梁鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越常見，在一定程度上提高了橋梁的質(zhì)量，提升鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。目前，我國在研究厚鋼板焊接問題的時(shí)候經(jīng)常忽視現(xiàn)場環(huán)境因素的影響，難以有效的提升鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。為此，橋梁施工企業(yè)應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對焊接殘余應(yīng)力、氣孔、裂紋等缺陷的研究，深刻認(rèn)識到現(xiàn)場環(huán)境因素在厚鋼板焊接中的重要作用，進(jìn)而提升橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】橋殼用鋼；390Q；數(shù)值模擬；焊接應(yīng)力場
The numerical simulation on welding stress field of high strength steel for axle case steel 390Q
Abstract： This paper takes the butt joint of axle case steel as research object ，simulates the real-time three dimensional dynamics welding stress field by FEA software ANSYS and abtains the axle case steel 390Q’s transient stress field of weld zone at different welding speed.On that basis， proposes feasible dynamic simulation method of three dimendional stress welding field which provides theoretical basis and guidelines for optimizing welding technology and norming welding parameters. The result of welding stress simulation shows that the optimum welding speed is 5mm/s .
keywords：axle case steel， 390Q， numerical simulation， welding stress field
引 言
橋殼用高強(qiáng)度鋼390Q中由于加入了鈮、鈦等合金元素，使其具有良好的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，又因在軋制過程中采用了控軋控冷措施而獲得了超細(xì)晶粒，使其具有高的綜合力學(xué)性能，有望代替16MnL 鋼成為制造中重型卡車橋殼的材料[1]。
作者針對高強(qiáng)度鋼390Q采用有限元模擬軟件ANSYS，對該種鋼板的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行模擬，為實(shí)際生產(chǎn)提供了試驗(yàn)依據(jù)。
1、物理模型的建立
采用ANSYS軟件建模，試件尺寸為100mm×70mm×10mm，材質(zhì)為390Q鋼板，電弧沿焊件中心移動(dòng)，焊接溫度場的計(jì)算屬于非線性瞬態(tài)傳熱問題，材料的熱物理性能參數(shù)隨溫度而變化，許多材料的物理性能參數(shù)并不齊全，查得文獻(xiàn)獲得，給出了390Q鋼在20 ℃～2000℃范圍內(nèi)的熱物理性能參數(shù)。為了計(jì)算的收斂，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整高溫時(shí)的參數(shù)，在計(jì)算過程中對高溫時(shí)的材料性能參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，其差一般不大。
焊接過程是一個(gè)加熱非常不均勻的過程，焊縫處溫度梯度變化很大，其產(chǎn)生的應(yīng)力分布也不均勻，劃分網(wǎng)格時(shí)一般在焊縫及其附近的部分用加密的網(wǎng)格，在遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域，采用相對稀疏的單元網(wǎng)格。總之，在保持精度的同時(shí)減少網(wǎng)格的數(shù)量。而具體到本課題的特點(diǎn)，如果繼續(xù)采用溫度場計(jì)算的網(wǎng)格大小（1mm），則使得計(jì)算時(shí)間過長，因此，為了縮短計(jì)算時(shí)間并保證計(jì)算精度，采用了相應(yīng)的大網(wǎng)格劃分，在焊縫及熱影響區(qū)附近分別設(shè)置網(wǎng)格尺寸為1.75mm，2.5mm，2.85mm。
2、模擬結(jié)果及分析
根據(jù)鋼板材質(zhì)和板厚，選擇其最合適的焊接參數(shù)：電弧電壓u= 18V；焊接電流=140A；熱效率η=0.7；電弧有效加熱半徑r=5mm。焊接速度分別為4mm/s 時(shí)，焊接時(shí)間為25s。
分別選取焊接速度為4mm/s、5mm/s、6mm/s，進(jìn)行不同時(shí)間焊接應(yīng)力場云圖對比分析。
當(dāng)焊接速度為4mm/s時(shí)，分析三個(gè)不同焊接時(shí)刻的應(yīng)力云圖可以看出：焊接時(shí)刻為3s時(shí)的應(yīng)力分布為3059～273×109MPa，焊接時(shí)刻為13s時(shí)的應(yīng)力分布為551213～446×109MPa，焊接時(shí)刻為24s時(shí)的應(yīng)力分布為4457626～313×109MPa。
當(dāng)焊接速度為5mm/s時(shí)，分析三個(gè)不同焊接時(shí)刻的應(yīng)力云圖可以看出：焊接時(shí)刻為5s時(shí)的應(yīng)力分布為46978～391×109MPa，焊接時(shí)刻為10s時(shí)的應(yīng)力分布為299547～424×109Mpa，焊接時(shí)刻為19s時(shí)的應(yīng)力分布為396948～227×109Mpa。
當(dāng)焊接速度為6mm/s時(shí)，分析三個(gè)不同焊接時(shí)刻的應(yīng)力云圖可以看出：焊接時(shí)刻為5s時(shí)的應(yīng)力分布為35902MPa～3.73×108Mpa，焊接時(shí)刻為12s時(shí)的應(yīng)力分布為616837MPa～3.98×108Mpa，焊接時(shí)刻為15S時(shí)的應(yīng)力分布為396948MPa～2.27×108MPa。
在應(yīng)力分布云圖中可以看出當(dāng)焊接過程剛開始的時(shí)候，工件的應(yīng)力較小，當(dāng)焊接過程進(jìn)行到一半時(shí)，應(yīng)力最大。當(dāng)焊接過程即將結(jié)束時(shí)，應(yīng)力又減小。
應(yīng)力分布曲線表明在3個(gè)不同的焊接速度下，焊縫不同位置的應(yīng)力變化趨勢是一致的。圖1為焊縫不同位置處的焊接速度與應(yīng)力對比圖，結(jié)果表明當(dāng)焊接速度為5mm/s時(shí)，整個(gè)焊縫的應(yīng)力值最小。
3、結(jié)論
通過對不同焊接速度的焊接應(yīng)力場的數(shù)值模擬，可以優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，減少實(shí)驗(yàn)數(shù)量。根據(jù)應(yīng)力場模擬結(jié)果，在橋殼用高強(qiáng)度鋼390Q的焊接過程中，選擇焊接參數(shù)為：U=18V，I=140A，V=5mm/s。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵字：鋼結(jié)構(gòu)；殘余應(yīng)力；工藝措施
中圖分類號：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
一、焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因
如果在焊接過程中操作不當(dāng)，則極易產(chǎn)生焊接應(yīng)力的現(xiàn)象。焊接應(yīng)力產(chǎn)生最本質(zhì)的原因就是受熱不均，同時(shí)還受金屬收縮率、鋼結(jié)構(gòu)的剛性等因素影響。此外，焊縫在構(gòu)件中所處的位置、焊接工序的順序、焊接電流等因素，如果選取不合理，也會產(chǎn)生焊接應(yīng)力。
1、焊件的不均勻受熱
在焊接時(shí)，如果構(gòu)件受熱不均勻，當(dāng)過熱位置的溫度使鋼材發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)，構(gòu)件就會產(chǎn)生一定量的形變，在焊接結(jié)束后，就會產(chǎn)生殘余應(yīng)力[1]。在焊接過程中，鋼材受熱會出現(xiàn)拉長變形，在冷卻后，會進(jìn)行收縮，如果收縮的徹底，則焊件的殘余應(yīng)力小，變形大；如果收縮不完全，則殘余應(yīng)力大，變形小。
2、焊縫金屬的收縮
在焊縫內(nèi)熔融的焊絲固化冷卻后，會產(chǎn)生一定的收縮，但由于熔融的焊絲與構(gòu)件在加熱的狀態(tài)下，已融為一體，因此，熔融的焊絲在收縮時(shí)會受到構(gòu)件的約束和影響。這樣，在收縮的過程中就會產(chǎn)生變形，同時(shí)也會出現(xiàn)殘余應(yīng)力。此外，在焊接過程中，一條焊縫無法在同一時(shí)間內(nèi)完成，先完成焊接的部分在固化冷卻后，會約束后面焊接部分的冷卻收縮，這一過程中，也會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。
3、焊件的剛性與拘束
焊接應(yīng)力受焊件剛性與拘束的影響也很大。焊件的剛性是指焊件堅(jiān)硬不易變形的程度；焊件的拘束是指周邊的構(gòu)件對焊件變形的限制和影響。剛性是鋼材自身的特性，與構(gòu)件的材質(zhì)、尺寸和橫截面有關(guān)，屬于內(nèi)因；拘束是外界對構(gòu)件的作用，屬于外因[2]。構(gòu)件的剛性愈強(qiáng)、周邊的拘束愈大，焊接應(yīng)力就愈大，焊接產(chǎn)生的變形就愈不明顯；相反，如果構(gòu)件的剛性較弱、周邊的拘束也較小，則焊接應(yīng)力就較小，焊接產(chǎn)生的變形就愈嚴(yán)重。
除了上述原因外，焊接過程中的高溫也會使鋼材的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種金相結(jié)構(gòu)的變化，會使焊接部位的體積產(chǎn)生變化，也會導(dǎo)致殘余應(yīng)力和變形現(xiàn)象的產(chǎn)生。
二、焊接殘余應(yīng)力的控制措施
殘余應(yīng)力控制的主要目的是：通過采取相應(yīng)的控制措施，避免殘余應(yīng)力集中和疊加的現(xiàn)象產(chǎn)生，使應(yīng)力在構(gòu)件中平均公布，并減小其峰值，以提高鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性和承載能力。控制焊接殘余應(yīng)力具體可以從以下幾方面著手：
1、采取合理的焊接順序
（1）當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)尺寸較大時(shí)，焊接的起始位置應(yīng)設(shè)在中間，從中間向四周延伸進(jìn)行焊接，使收縮按焊接的順序由內(nèi)向外進(jìn)行。
（2）焊縫交叉的情況如果無法避免，則在焊接時(shí)，應(yīng)對焊接交叉處的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。如果在交叉位置附近縱向焊縫出現(xiàn)未焊透等缺陷，那么這些缺陷會與橫向焊縫的應(yīng)力相互作用，形成三向應(yīng)力的情況[3]。因此，交叉位置處的焊縫應(yīng)小心焊接，避免產(chǎn)生焊接缺陷，保證焊縫的質(zhì)量，使焊縫能夠自由收縮。在進(jìn)行交叉焊接時(shí)，應(yīng)注意先焊短縫、后焊長縫的順序原則。
（3）焊接時(shí)收縮量較大的焊縫應(yīng)優(yōu)先焊接。在對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)遵循先焊對接縫，后焊角縫的原則。
2、間斷焊接法
由于受熱是變形和應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因，在實(shí)際焊接時(shí)，可根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，采用隔一段焊一段的間斷焊接法。如在對鑄鐵鋼材進(jìn)行電弧焊時(shí)，可焊接較短的一段，待焊縫冷卻后，再間隔一大段進(jìn)行焊接，讓焊點(diǎn)在焊縫上均勻分布。這樣可以使焊接溫度一直處于較低的水平，能夠有效降低殘余應(yīng)力。
3、減小焊縫尺寸
焊接應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因?yàn)槭軣岵痪鴮?dǎo)致的局部過熱循環(huán)，因此，在對設(shè)計(jì)要求沒有影響的情況下，應(yīng)對焊縫的設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，盡量減小焊縫的長度，以及焊接的高度，焊接破口應(yīng)盡量設(shè)置為雙面坡口焊，從焊縫大則安全的觀念誤區(qū)中走出來。
4、減小焊接拘束度。
在焊接冷卻之后，如果周邊構(gòu)件對焊縫的約束越大，則產(chǎn)生的殘余應(yīng)力就大，因此，應(yīng)盡可能減小焊縫的拘束度。如果構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸較長需要焊接時(shí)，應(yīng)在構(gòu)件為零配件狀態(tài)時(shí)進(jìn)行焊接，不要在焊接組裝完成之后再進(jìn)行焊接，按照由小至大、由簡至繁的原則進(jìn)行焊接。如果在全部組裝結(jié)束后再進(jìn)行焊接，則焊縫的約束變會增大，從而產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。
5、采用補(bǔ)償加熱法
在焊接時(shí)，如果焊接的熱量迅速褪去，在冷卻收縮的過程中，焊縫會產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象。故在對厚板進(jìn)行焊接時(shí)，在焊接之前應(yīng)對焊縫周邊的構(gòu)件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度應(yīng)考慮鋼材的含碳量來最終確定。在對構(gòu)件實(shí)施焊接操作時(shí)，焊接位置的溫度大于200℃，在焊接完成后，焊接的區(qū)域會進(jìn)行一定量的收縮，但這一區(qū)域從整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)來說，僅是其中的一小部分，焊接以外的部分由于未經(jīng)過焊接以及預(yù)加熱，則會對焊接處施加十分巨大的約束力，產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，嚴(yán)重的情況還會出現(xiàn)裂縫。對于這類問題，在焊接完成后，應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)上與焊接對稱的位置進(jìn)行加熱，加熱溫度設(shè)置為預(yù)熱溫度與焊接溫度之間，比較適中的溫度，并且保持這一溫度直至焊接結(jié)束。通過這一方法，焊接應(yīng)力可以得到有效改善。
6、如果鋼結(jié)構(gòu)較為大型，應(yīng)對其分割成幾個(gè)小部分，在每個(gè)部分制作、焊接結(jié)束后，再將各個(gè)部分組裝到一起進(jìn)行焊接。
三、結(jié)論
綜上所述，在焊接過程中，殘余應(yīng)力是影響構(gòu)件穩(wěn)定性和承載能力的主要因素，是使構(gòu)件產(chǎn)生脆斷現(xiàn)象的罪魁禍?zhǔn)住Ｔ趯?shí)際生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，對焊接殘余應(yīng)力和變形的控制方法有許多，應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、形狀、尺寸等因素進(jìn)行綜合考慮，選取最為行之有效的焊接應(yīng)力控制方法，以取得最優(yōu)的焊接效果。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：焊接殘余應(yīng)力；成因；對焊接結(jié)構(gòu)的影響
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.009
0 引言
焊接應(yīng)力即是在焊接結(jié)構(gòu)時(shí)由于焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，它可以依據(jù)產(chǎn)生作用的時(shí)間被分為焊接瞬時(shí)應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。所謂焊接瞬時(shí)應(yīng)力是指在焊接的過程中某一個(gè)焊接瞬時(shí)產(chǎn)生的焊接應(yīng)力，它是會跟著時(shí)間的變化而發(fā)生變化的，而在焊接之后，某一個(gè)受到焊接的焊件內(nèi)還殘留的焊接應(yīng)力被稱為焊接殘余應(yīng)力。
1 產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力的原因
之所以會產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力，主要是由于焊件在焊接的過程中所受到的加熱是不均勻的。按照焊接殘余應(yīng)力的發(fā)生來源，可將焊接殘余應(yīng)力分為直接應(yīng)力、間接應(yīng)力和組織應(yīng)力三種。
（1）直接的焊接應(yīng)力是焊接殘余應(yīng)力所產(chǎn)生的最主要的原因，它是受到不均勻的加熱和冷卻之后所產(chǎn)生的，根據(jù)加熱和冷卻時(shí)的溫度梯度而發(fā)生變化。
（2）間接的焊接應(yīng)力則是焊件由于焊前的加工狀況造成的應(yīng)力。焊件在受到軋制和拉拔時(shí)會產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力。間接的殘余應(yīng)力如果在某一種場合下疊加到焊接的殘余應(yīng)力上去，焊件受到焊接發(fā)生變形，也會將其影響附加到焊接殘余應(yīng)力上去。而且，焊件一旦受到外來的某一種約束，產(chǎn)生相應(yīng)的附加應(yīng)力，也屬于間接應(yīng)力的范疇。
（3）組織應(yīng)力也就是由相變造成的比容變化而產(chǎn)生的應(yīng)力，它的產(chǎn)生是由于焊件的組織發(fā)生了變化。雖說組織應(yīng)力會由于含碳量和材料其他成分的不同而產(chǎn)生差異，但我們一般都會將其所產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析研究。
2 焊接殘余應(yīng)力會對焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生哪些影響
焊接是一個(gè)局部的受熱不均勻、冷卻不均勻的過程，加之受焊縫和靠近焊縫的溫度場的影響，焊件的內(nèi)部會有大小不同、分布不均勻的殘余應(yīng)力―應(yīng)變場。如果焊件焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力以及焊件的載荷的工作應(yīng)力發(fā)生疊加現(xiàn)象，焊件就會遭受二次變形、殘余應(yīng)力也會重新進(jìn)行分布，這會造成焊接結(jié)構(gòu)的剛性和尺寸的穩(wěn)定性變差；受溫度和介質(zhì)的共同作用的影響，焊接結(jié)構(gòu)和接頭會產(chǎn)生較大的疲勞，容易斷裂、受應(yīng)力腐蝕會裂開、在高溫下會蠕變開裂。隨著新技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的大工業(yè)生產(chǎn)也發(fā)生了新的變化，對于焊接技術(shù)有了新的要求，焊接技術(shù)有了質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)性高還要可靠性高的三高要求。而焊接殘余應(yīng)力與變形又是對構(gòu)件的結(jié)構(gòu)性能、安全可靠性有直接影響的，所以我們也要對焊接殘余應(yīng)力加強(qiáng)注意。
2.1 對焊接結(jié)構(gòu)的剛度產(chǎn)生影響
當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)的外載產(chǎn)生的應(yīng)力σ與某個(gè)區(qū)域的殘余應(yīng)力相互疊加，且疊加的程度到達(dá)屈服點(diǎn)fy時(shí)，該區(qū)域的材料便會因?yàn)槭軌哼^大而造成局部的塑性變形，對外界的承受能力喪失，焊接結(jié)構(gòu)的有效的截面積變小，結(jié)構(gòu)的剛度也變小。在對一些焊接結(jié)構(gòu)的焊縫進(jìn)行火焰校正時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的焊縫有橫向和縱向的，產(chǎn)生的殘余拉伸應(yīng)力就會有相對來說較大的截面拉伸應(yīng)力，這會影響到結(jié)構(gòu)的剛度而不會影響結(jié)構(gòu)的長度。如果火焰校正的火焰過大，焊接梁的加載剛度和卸載回彈會變?nèi)酰@對于某些尺寸精確度和穩(wěn)定性有較高要求的結(jié)構(gòu)影響是極大的。
2.2 對結(jié)構(gòu)的受壓桿件的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響
當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)的外載產(chǎn)生的應(yīng)力σ與某個(gè)區(qū)域的殘余應(yīng)力相互疊加，且疊加的程度到達(dá)屈服點(diǎn)fy時(shí)，不但結(jié)構(gòu)的截面承受外界壓力的能力喪失，結(jié)構(gòu)桿件的穩(wěn)定性也會受到影響。殘余應(yīng)力是構(gòu)件受外界的壓力、外界的溫度等因素的影響而產(chǎn)生的不穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)件局部受損變形，甚至?xí)姓麄€(gè)構(gòu)件變形的可能。構(gòu)件的穩(wěn)定性和殘余應(yīng)力有著這樣的關(guān)系：構(gòu)件的使用會使殘余應(yīng)力松弛，構(gòu)件穩(wěn)定性降低。這種影響主要有構(gòu)件抗靜、動(dòng)載荷的變形和載荷卸載后變形恢復(fù)能力兩個(gè)方面，我們必須要想辦法來消除殘余應(yīng)力對這兩個(gè)方面的不良影響。
2.3 對靜載強(qiáng)度產(chǎn)生的影響
如果焊接的材料不是脆性的，受到焊接時(shí)會發(fā)生塑性和變形，構(gòu)件的應(yīng)力還可能是均勻的。但是對于脆性材料來說，它們是不能塑性變形的，受到外力影響后，構(gòu)建的應(yīng)力是不均勻的，應(yīng)力的峰值隨著外力的加大而不斷增多，達(dá)到材料的屈服值得極限后，構(gòu)件局部被破壞，整個(gè)構(gòu)件會發(fā)生斷裂現(xiàn)象。對于一些脆性材料來說，殘余應(yīng)力會使它的承載能力變低，甚至?xí)l(fā)生斷裂。而塑性材料在低溫狀態(tài)下受到殘余應(yīng)力之后，它會將殘余應(yīng)力進(jìn)行三向拉伸來緩解壓力，阻止塑性材料發(fā)生變形，構(gòu)件的承載能力也會變低。只要焊接結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和焊道有較強(qiáng)的塑性變形能力，那么殘余應(yīng)力就不會讓它的靜力強(qiáng)度變低。由于有些殘余應(yīng)力的構(gòu)件在受到較大的軸心拉力作用，外荷載引起的拉應(yīng)力會疊加在截面上的參與壓力之上，因此總的應(yīng)力值會越來越大，直到達(dá)到屈服極限值fy，有殘余應(yīng)力的截面到達(dá)塑性區(qū)，截面的彈性區(qū)承受增大的外荷載應(yīng)力，慢慢地彈性區(qū)變小、塑性區(qū)變大，應(yīng)力重新分布，整個(gè)截面上的應(yīng)力值到達(dá)材料的屈服極限fy。截面上的殘余應(yīng)力會進(jìn)行均衡的分布，對構(gòu)件的靜力強(qiáng)度沒有影響。但是塑性材料在失去塑性變成脆性構(gòu)件時(shí)，殘余應(yīng)力又會對靜力強(qiáng)度產(chǎn)生影響。
2.4 對焊件疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生影響
鋼材的疲勞是指鋼材在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作下裂縫生成、擴(kuò)展以致斷裂破壞的現(xiàn)象。殘余應(yīng)力與荷載的應(yīng)力相互疊加，應(yīng)力幅值會相應(yīng)發(fā)生變化，焊件的結(jié)構(gòu)抗疲勞強(qiáng)度也會受其影響。殘余拉應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度成反比，即殘余拉應(yīng)力較小，疲勞強(qiáng)度就變強(qiáng)。所以，我們要從焊件的工藝和設(shè)計(jì)上來想辦法降低應(yīng)力集中系數(shù)，使得焊件的抗疲勞強(qiáng)度變得更強(qiáng)。
3 總結(jié)
總而言之，經(jīng)過對焊接殘余應(yīng)力的研究我們可以發(fā)現(xiàn)，殘余應(yīng)力對于焊件的剛度、焊件的受壓桿件穩(wěn)定性、靜載強(qiáng)度、焊件的疲勞強(qiáng)度都產(chǎn)生影響。為了提高工程的質(zhì)量，我們必須要采取相應(yīng)的措施來將殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的影響降到最低，避免焊件發(fā)生變形或者斷裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高焊接質(zhì)量和焊接水平。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：職業(yè)教育 能力本位 職業(yè)能力 教學(xué)設(shè)計(jì)行為導(dǎo)向教學(xué)法
一、能力本位的教學(xué)理念
德國職業(yè)教育能力本位教學(xué)的核心觀點(diǎn)是：以從事某一具體職業(yè)所必須具備的能力為出發(fā)點(diǎn)來確定培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)教學(xué)過程與方法。職業(yè)能力包括專業(yè)能力、方法能力和社會能力。能力培養(yǎng)需要把能力分解到具體的可操作的層面上，運(yùn)用行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法，通過由簡單到復(fù)雜的教學(xué)活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)；教學(xué)過程中以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)教學(xué)是“教”與“學(xué)”的雙向過程。以學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)和活動(dòng)過程中的表現(xiàn)來考核評價(jià)學(xué)生。
能力本位的教學(xué)思想代表了德國當(dāng)前職業(yè)教育的主流思想，也是我國職業(yè)教育教學(xué)改革的基本價(jià)值取向。
二、焊工專業(yè)以能力為本位教學(xué)的必要性
目前，很多技校焊工專業(yè)課教學(xué)是以學(xué)生獲取焊工上崗證和中級等級證為主要目標(biāo)，專業(yè)理論課夠考證和實(shí)操課需要為度，實(shí)操課針對考證項(xiàng)目進(jìn)行焊接接頭操作技能訓(xùn)練。這種純粹為了應(yīng)試的教育造成了理論知識和實(shí)踐的片面性和割裂性。很多學(xué)生雖然獲得了雙證，但并沒有成為合格的技術(shù)工人，不少人必須經(jīng)過在崗位上工作一段時(shí)間，參加了企業(yè)的再培訓(xùn)以后，才能“適崗”。因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中的焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，不是學(xué)生平時(shí)訓(xùn)練和考試的小實(shí)驗(yàn)樣板。所以為了滿足企業(yè)的需求，為了學(xué)生的就業(yè)和職業(yè)生涯，必須改變現(xiàn)在的教學(xué)思想，改革現(xiàn)有的教學(xué)模式，以能力本位為教學(xué)理念，在教學(xué)中把專業(yè)理論知識與實(shí)踐應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合起來，全面提升學(xué)生的職業(yè)能力。
三、焊接應(yīng)力與變形的教學(xué)設(shè)計(jì)
1.焊接應(yīng)力與變形在課程中的定位和特點(diǎn)
“焊接應(yīng)力與變形”是“焊工工藝學(xué)”課程的重要內(nèi)容。焊接殘余應(yīng)力和變形，直接影響結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量和使用性能。焊接應(yīng)力和變形的控制在實(shí)際焊接生產(chǎn)中是一個(gè)極其復(fù)雜的問題，它涉及應(yīng)力、變形和剛度三者之間的辨證關(guān)系和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系。而在實(shí)際生產(chǎn)中三者的條件和關(guān)系的多樣、動(dòng)態(tài)和復(fù)雜，給具體操作帶來很大難度。如何正確運(yùn)用理論知識有效控制生產(chǎn)中的應(yīng)力和變形，是學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識和提高動(dòng)手能力的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
2.教學(xué)目標(biāo)
通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，要求達(dá)到以下能力目標(biāo)：
（1）專業(yè)能力：了解焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因；明確焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形和剛度三者之間的辨證關(guān)系；掌握生產(chǎn)過程中控制焊接殘余應(yīng)力和變形的工藝措施；了解消除焊接殘余應(yīng)力和矯正焊后變形的方法。
（2）方法能力：學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、探究問題和解決問題的方法；學(xué)會運(yùn)用已學(xué)知識解決實(shí)習(xí)和生產(chǎn)中的實(shí)際問題。
（3）社會能力：具有組織、協(xié)作、交流的能力；具有規(guī)范操作意識與安全文明生產(chǎn)意識；具有職業(yè)責(zé)任意識和嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)的職業(yè)精神。
3.教學(xué)方法設(shè)計(jì)
遵循學(xué)生對知識的認(rèn)知和能力發(fā)展規(guī)律，根據(jù)教材的內(nèi)容特點(diǎn)，由淺入深，以感性和理性結(jié)合、理論和實(shí)踐統(tǒng)一的方法組織教學(xué)：
（1）任務(wù)引領(lǐng)教學(xué)法。設(shè)置任務(wù)，并把學(xué)生分成四個(gè)小組對實(shí)驗(yàn)樣板進(jìn)行焊接實(shí)踐，要求學(xué)生觀察和記錄殘余變形量，通過分析、討論、匯報(bào)、互評和教師點(diǎn)評幾個(gè)過程，明確應(yīng)力、變形和剛度三者之間的辨證關(guān)系，學(xué)會用此關(guān)系理論控制焊接實(shí)驗(yàn)樣板的殘余應(yīng)力和變形，了解矯正（消除）焊接實(shí)驗(yàn)樣板的殘余應(yīng)力和變形的方法。
（2）案例教學(xué)法。利用生產(chǎn)中的典型案例，學(xué)生通過分組討論、匯報(bào)、互評和教師點(diǎn)評幾個(gè)環(huán)節(jié)，把學(xué)到的焊接應(yīng)力和變形的基本知識和方法應(yīng)用到復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)實(shí)例中，鞏固理論知識，實(shí)現(xiàn)理論知識向?qū)嵺`技能的遷移，提升職業(yè)能力。
（3）生產(chǎn)現(xiàn)場觀摩教學(xué)法。學(xué)生帶著問題參觀焊接結(jié)構(gòu)廠，教師結(jié)合課本知識和實(shí)際操作過程現(xiàn)場講解，學(xué)生回校后寫參觀體會。通過這一環(huán)節(jié)，使學(xué)生增加了感性認(rèn)識，知識和能力得到升華，職業(yè)感更強(qiáng)烈。
4.教學(xué)實(shí)施過程
（1）精心設(shè)計(jì)導(dǎo)課環(huán)節(jié)，喚醒學(xué)生的職業(yè)意識。學(xué)生在學(xué)校接觸的焊接結(jié)構(gòu)只是簡單的一塊實(shí)驗(yàn)樣板，對焊接產(chǎn)生的應(yīng)力和變形意識是模糊和抽象的。通過多媒體把國家大劇院橢球形穹頂焊接鋼結(jié)構(gòu)，“鳥巢”復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)焊接，對接焊后產(chǎn)生了彎曲變形的橋式起重機(jī)主梁，焊后整體變形的工字梁等復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)的圖片或視頻展示給學(xué)生，讓學(xué)生知道實(shí)際生產(chǎn)中的焊接結(jié)構(gòu)是復(fù)雜多樣的，如果焊接方法不當(dāng)，產(chǎn)生的焊接應(yīng)力過大，會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生；過大的變形造成結(jié)構(gòu)尺寸和形狀的變化，焊后要進(jìn)行大量的矯正工作，嚴(yán)重時(shí)會使結(jié)構(gòu)報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。這些生動(dòng)的案例，會對學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的視覺和心理沖擊，能把他們的興奮點(diǎn)集中在課堂上，使他們充分地認(rèn)識到焊接應(yīng)力和變形的危害，大大強(qiáng)化了他們的生產(chǎn)質(zhì)量意識，同時(shí)也激發(fā)了他們對焊接應(yīng)力和變形的產(chǎn)生原因和控制方法的探究興趣。
（2）以任務(wù)引領(lǐng)教學(xué)，建構(gòu)知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)綜合能力。
①任務(wù)設(shè)計(jì)：安排學(xué)生課前復(fù)習(xí)材料的應(yīng)力、變形、剛性、去應(yīng)力退火等有關(guān)知識，學(xué)生分組（指派組長）分別焊接不同拘束條件、不同厚度、不同焊接順序、不同坡口形式的多組實(shí)驗(yàn)樣板，觀察和記錄殘余變形量，分析討論：為什么會產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形？結(jié)構(gòu)剛性大小對殘余應(yīng)力和變形有何影響？怎樣控制實(shí)驗(yàn)樣板的殘余應(yīng)力和變形？
②教學(xué)過程：各個(gè)小組做好學(xué)習(xí)活動(dòng)方案，交給老師審核批準(zhǔn)后分組焊接操作，觀察記錄各種條件下焊件的殘余變形量，然后依照任務(wù)書中的問題分析討論。教師要注意確保學(xué)生的操作安全、規(guī)范有序。在小組討論中教師要引導(dǎo)學(xué)生從不同角度分析思考：比如實(shí)驗(yàn)樣板變形的多種防控措施，實(shí)驗(yàn)樣板雙面焊成型和兩面同時(shí)施焊哪一種方法更好？學(xué)生通過分析討論思路更開闊，氣氛更加活躍，思維潛能得以開發(fā)。接著各組派代表陳述本組分析討論結(jié)果，老師和其他組同學(xué)提問，同學(xué)補(bǔ)充發(fā)言。各小組陳述后，老師總結(jié)知識要點(diǎn)，明確結(jié)構(gòu)剛性越大，焊接殘余應(yīng)力越大而變形越小這一辨證關(guān)系；歸納比較防控焊接應(yīng)力和變形的各種措施。最后，教師對各個(gè)小組的表現(xiàn)做出恰如其分的點(diǎn)評，表揚(yáng)和指出不足，激勵(lì)學(xué)生積極向上。各組之間相互評析打分，組長給本組組員表現(xiàn)打分。在各組相互評析和老師的歸納總結(jié)之后，每位學(xué)生對實(shí)踐和分析討論的結(jié)果進(jìn)行完善，寫成書面作業(yè)，構(gòu)成自己的知識和方法。
③成績評價(jià)：小組表現(xiàn)和個(gè)人的表現(xiàn)分加上書面作業(yè)分合成學(xué)生個(gè)人成績。
在這個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生是活動(dòng)的主體，教師只是主持者和引導(dǎo)者。學(xué)生身體力行，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，在生生互動(dòng)和師生互動(dòng)中學(xué)會了分析和解決問題的方法，領(lǐng)悟和理解了深?yuàn)W難懂的知識。在獲取了專業(yè)知識的同時(shí)，組織協(xié)作、溝通表達(dá)等多方面的能力都得到鍛煉和發(fā)展。
（3）典型案例分析，學(xué)以致用，實(shí)現(xiàn)理論知識向能力遷移。學(xué)生具備了焊接應(yīng)力和變形的基本知識和相應(yīng)的方法能力之后，接著讓學(xué)生用已獲得的知識和方法分析較復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)。
案例設(shè)計(jì)：教師把生產(chǎn)中典型的例子編寫成案例，用多媒體或圖片展示。比如背面縱橫交錯(cuò)分布有加強(qiáng)筋的大直徑蓋板的焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有大小隔板封閉的箱型梁結(jié)構(gòu)等。根據(jù)學(xué)生的知識水平，設(shè)計(jì)每個(gè)知識點(diǎn)，把復(fù)雜的問題按小梯度，多層次具體分解，以便學(xué)生由淺入深地分析理解。如果問題難度過大，將會讓學(xué)生無從入手，產(chǎn)生畏難心理和情緒，影響教學(xué)活動(dòng)的順利展開。
教學(xué)過程：學(xué)生按小組就案例問題展開討論、匯報(bào)、互評。教師觀察學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程，把學(xué)生的注意力引導(dǎo)到合理的解決方案上來，引導(dǎo)他們以結(jié)構(gòu)剛性與焊接殘余應(yīng)力和變形的辨證關(guān)系為出發(fā)點(diǎn)，通過改變結(jié)構(gòu)的裝焊順序來達(dá)到改變結(jié)構(gòu)剛性，從而達(dá)到控制焊接殘余應(yīng)力和變形的目的。教師對學(xué)生的見解進(jìn)行評析，歸納總結(jié)，為案例問題的解決提供更完善的方案。
（4）生產(chǎn)現(xiàn)場觀摩，感受真實(shí)的職業(yè)環(huán)境。為進(jìn)一步提高學(xué)生的崗位能力，教師應(yīng)在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間，帶領(lǐng)學(xué)生到設(shè)備齊全、工藝先進(jìn)的焊接結(jié)構(gòu)廠參觀，比如當(dāng)?shù)氐慕ㄖC(jī)械設(shè)備廠、安裝公司加工廠等，在那里能看到大量的需要控制焊接變形的橋式吊車橫梁、塔式吊車結(jié)構(gòu)件，以及應(yīng)力和變形都要求嚴(yán)格的壓力容器焊接。老師事先要交代安全事項(xiàng)，把需要了解和重點(diǎn)觀察的問題寫成任務(wù)書，讓學(xué)生帶著問題，有針對性的參觀。教師在現(xiàn)場結(jié)合課本知識和實(shí)際操作過程進(jìn)行講解，特別是課堂上不易講明的，講不徹底的內(nèi)容，要著重講解。比如工裝夾具如何固定結(jié)構(gòu)，增加結(jié)構(gòu)的剛性；翻轉(zhuǎn)胎模具方便雙面焊和調(diào)整裝焊順序；解釋體積龐大的鍋爐如何用熱處理方法消除殘余應(yīng)力。另外，借此機(jī)會，也讓同學(xué)們了解各種先進(jìn)的焊接設(shè)備、工藝、材料，以及整個(gè)生產(chǎn)制造過程、規(guī)范的勞動(dòng)要求等課本和實(shí)訓(xùn)車間看不到的內(nèi)容、實(shí)景。
現(xiàn)場參觀教學(xué)，學(xué)生親臨其境，加強(qiáng)了感性認(rèn)識，加深了對理論知識和技術(shù)應(yīng)用的理解，開闊了眼界，豐富了閱歷，感受到了真實(shí)的職業(yè)環(huán)境。學(xué)生具備了相應(yīng)的知識能力，加上現(xiàn)場的親身體驗(yàn)，畢業(yè)走上崗位工作時(shí)，將不會怯場或者盲目，而是會有思考、有方法地從容應(yīng)對各種復(fù)雜的生產(chǎn)實(shí)際。
通過以上的教學(xué)設(shè)計(jì)，使“焊接應(yīng)力與變形”的教學(xué)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，學(xué)生通過學(xué)習(xí)，在專業(yè)能力、方法能力和社會能力各方面都得到進(jìn)一步的提升，達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。
全面提高學(xué)生的職業(yè)能力，是學(xué)生的就業(yè)要求，企業(yè)的要求，社會發(fā)展的要求，也是職業(yè)學(xué)校自身存在和可持續(xù)發(fā)展的要求。技校教育應(yīng)樹立能力本位的教學(xué)理念，正確把握能力本位的實(shí)質(zhì)，避免把能力本位等同于技能訓(xùn)練；應(yīng)用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式，以學(xué)生為中心，加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高技校生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和有效性。只有這樣，才能真正實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)改革，提高技工教育教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
[1]邱葭菲等．焊工工藝學(xué)(第三版)(機(jī)械類)[M].北京:中國勞動(dòng)社會保障出版社,2005．
關(guān)鍵詞： 灰鑄鐵；焊接性；白口組織；焊接裂紋；防止措施
中圖分類號：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）05-0041-02
0 引言
灰鑄鐵中碳主要以石墨狀態(tài)存在，呈現(xiàn)片狀，斷口呈灰色，也稱灰口鑄鐵。灰鑄鐵的化學(xué)成分主要是碳和硅，同時(shí)硫和磷的雜質(zhì)含量較高，使得在焊接過程中極易產(chǎn)生冷裂紋和熱裂紋。同時(shí)還具有強(qiáng)度低、塑性極差且在焊接過程中具有冷卻速度快及焊件受熱不均勻易產(chǎn)生較大焊接應(yīng)力的特性，這就直接導(dǎo)致了其焊接性能很差。突出表現(xiàn)在焊接接頭易產(chǎn)生白口和淬硬組織及冷熱裂紋等方面。
1 焊接接頭的白口和淬硬組織產(chǎn)生的原因及防止措施
常用灰鑄鐵中，含碳約3%，含硅約2.5%，對其用焊條電弧焊進(jìn)行施焊時(shí)，焊接過程中白口組織主要集中在焊縫區(qū)、熔合區(qū)和奧氏體區(qū)。
焊縫區(qū)在焊接加熱過程中處于液相溫度以上。由于所選焊接材料的不同，焊縫成分分兩種：一種是鑄鐵成分，另一種是非鑄鐵成分。當(dāng)焊縫為非鑄鐵成分時(shí)，不存在白口組織問題；當(dāng)焊縫為鑄鐵成分時(shí)，由于熔池冷卻速度快，碳來不及析出形成石墨，焊縫主要由共晶滲碳體、二次滲碳體和珠光體組成。焊縫區(qū)基本呈現(xiàn)白口組織。即使在焊接過程中，增大焊接熱輸入，一定程度上可以減少白口組織的產(chǎn)生，但仍然不能將其消除，這是由鑄鐵組織的特性決定的。
熔合區(qū)溫度范圍很窄，處于液相線和固相線之間，溫度約為1150—1250℃，在焊接加熱過程中，部分鑄鐵母材融化變?yōu)橐后w，部分固態(tài)母材轉(zhuǎn)化為高碳奧氏體。冷卻時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟蔫T鐵將在共晶溫度區(qū)間繼續(xù)發(fā)生轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生共晶滲碳體+奧氏體+二次滲碳體，最終將其產(chǎn)生的奧氏體全部轉(zhuǎn)換成珠光體白口鑄鐵。
奧氏體區(qū)處于固相線和共析溫度上限之間，加熱溫度范圍約為820—1150℃，此時(shí)，只存在固態(tài)相變。由于加熱溫度超過固相線，鑄鐵的基體被完全奧氏體化。在冷卻過程中，奧氏體首先析出二次滲碳體，而后進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變。當(dāng)溫度緩慢降低時(shí)，奧氏體將轉(zhuǎn)變成珠光體組織，當(dāng)溫度急速降低時(shí)，奧氏體直接轉(zhuǎn)變成馬氏體組織。
很多鑄件補(bǔ)焊后要求加工，但是焊接接頭中所產(chǎn)生的白口組織和馬氏體組織硬而脆，容易引起裂紋，給加工帶來了很大的困難。白口組織和馬氏體組織主要是由于焊接接頭冷卻速度過快，影響了鑄鐵的石墨化過程造成的。所以，改變焊縫的化學(xué)成分或降低焊接接頭的冷卻速度能夠有效的防止這些組織產(chǎn)生。
在焊接過程中，可以通過增加焊縫的石墨化元素含量或使焊縫成為非鑄鐵組織來改變焊縫的化學(xué)成分。使焊縫不出現(xiàn)淬硬組織并具有一定的塑性，更利于機(jī)械加工。該方法可以有效解決焊縫區(qū)的白口組織問題。但要想解決熔合區(qū)的白口現(xiàn)象，就必須減慢冷卻速度，延長熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)的時(shí)間，讓石墨有充分時(shí)間析出，焊接前充分預(yù)熱，一般400-700℃，焊后保溫緩冷。確保接頭的有效石墨化。
2 焊接裂紋的產(chǎn)生的原因及防止措施
灰鑄鐵焊接過程中易產(chǎn)生的裂紋有兩種：冷裂紋和熱裂紋。
灰鑄鐵的焊接裂紋主要是冷裂紋，灰鑄鐵本身強(qiáng)度低，基本無塑性，承受塑性變形的能力幾乎沒有，因此非常容易產(chǎn)生冷裂紋，尤其是在焊接過程中，局部受熱或冷卻時(shí)，焊件本身的焊接應(yīng)力集中且較大，一旦釋放，必將產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象。而且焊接接頭中的白口組織和淬硬組織又硬又脆，無法產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí)，極易引起開裂。
灰鑄鐵焊接冷裂紋可以發(fā)生在焊縫中，也可以發(fā)生在熱影響區(qū)中，一般多發(fā)生在含有較多滲碳體及馬氏體的熔合區(qū)中。在焊縫較長或補(bǔ)焊剛度較大的鑄件缺陷時(shí)，若焊縫中存在白口組織，其收縮率比灰鑄鐵大，焊縫中極易出現(xiàn)冷裂紋。
綜上所述，灰鑄鐵焊接冷裂紋產(chǎn)生的原因是焊接應(yīng)力。
防止鑄鐵型冷裂紋產(chǎn)生的最有效的方法是對焊件進(jìn)行整體預(yù)熱550-700℃，并且焊后在相同溫度下消除應(yīng)力。還可以采用鎳基或銅基焊接材料，使焊縫成為塑性良好的非鐵合金，達(dá)到一定程度的消除應(yīng)力的作用，減少冷裂紋的產(chǎn)生。也可以從工藝角度，采用分段焊接或斷續(xù)焊接等工藝措施減小或消除焊接應(yīng)力；或者采用小電流焊接規(guī)范，減小熱輸入，減少熔合區(qū)的白口組織及淬硬層寬度，以減小焊接應(yīng)力，進(jìn)而達(dá)到防止裂紋的產(chǎn)生。
灰鑄鐵焊接的熱裂紋主要出現(xiàn)在焊縫上，當(dāng)焊縫為鑄鐵時(shí)，采用低碳鋼焊條或鎳基鑄鐵焊條焊接材料時(shí)，焊縫區(qū)易產(chǎn)生熱裂紋。最簡單的防止方法就是增強(qiáng)焊縫的脫硫磷能力，或者采用冷焊工藝降低焊接應(yīng)力。
3 結(jié)語
灰鑄鐵焊接接頭裂紋傾向較大，這主要與灰鑄鐵自身的性能、組織、化學(xué)成分及焊接應(yīng)力等因素密切相關(guān)。本文從灰鑄鐵自身焊接性能差及其焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因和防止措施上對其組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析，最終達(dá)對灰鑄鐵焊縫及鑄造缺陷的有效施焊，提高灰鑄鐵的使用性能。
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關(guān)鍵詞：坡口形式；殘余應(yīng)力；有限元法；數(shù)值模擬
引言
在焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)中，結(jié)構(gòu)的承載能力是人們普遍關(guān)注的問題。有許多因素均對結(jié)構(gòu)的承載性能發(fā)生影響，焊縫坡口形式就是其中重要的工藝參數(shù)之一。開坡口的目的在于使焊接生產(chǎn)過程順利進(jìn)行，確保焊接質(zhì)量和接頭的使用性能，減小焊接變形和焊接材料的消耗，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。焊接坡口的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵：坡口形式的選擇不僅直接影響到焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本，而且將直接影響到接頭的化學(xué)成分、組織和力學(xué)性能[1]。坡口小的焊縫熔敷系數(shù)偏小，易形成窄而深的焊縫，影響熔池結(jié)晶，易產(chǎn)生區(qū)域偏析；拘束應(yīng)力大時(shí)易導(dǎo)致焊接熱裂紋的產(chǎn)生[2，3]。坡口加大，焊接工作量大大增加，而且接頭區(qū)的焊接應(yīng)力也大大增加，這對鋼結(jié)構(gòu)初始應(yīng)力的控制極其不利，同時(shí)也增大生產(chǎn)成本。因此，合理確定焊縫的坡口角度是十分重要的[4]。
1 有限元數(shù)值模型
1.1 焊接工藝方案
文章的研究對象為兩塊25#鋼的對接鋼板，采用長寬高分別為300mm×100mm×6mm的鋼板，選取單邊V形坡口和Y形坡口在不同坡口角度下對其進(jìn)行焊接[5]，坡口形式及坡口角度如圖1（a）～（d）和圖2（a）～（d），對產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行分析比較，從而研究不同坡口形式對焊接殘余應(yīng)力大小及其分布的影響。
1.2 焊接溫度場
文章的有限元模型如圖3所示，選用三維用八節(jié)點(diǎn)六面體 SOLID70單元來進(jìn)行溫度場的計(jì)算。劃分網(wǎng)格時(shí)考慮到焊接是一個(gè)高溫瞬態(tài)非線性過程，在焊縫及其附近的部分用細(xì)密的網(wǎng)格，在遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域，單元網(wǎng)格可以劃分得相對稀疏些[6]。有限元分析采用熱源模型的是均勻體載荷生熱率HGEN，焊縫的形成和焊接熱源的移動(dòng)采用單元生死方法進(jìn)行模擬，在開始計(jì)算前，將焊縫中所有單元“殺死”，相當(dāng)于焊前的裝配狀態(tài)，在計(jì)算過程中，按順序?qū)⒈弧皻⑺馈钡膯卧俺錾保M焊縫金屬的填充過程[7，8]。同時(shí)，給激活的單元施加上述生熱率HGEN，熱載荷的作用時(shí)間等于實(shí)際焊接時(shí)間。
1.3 焊接應(yīng)力場
在焊接應(yīng)力場分析時(shí)采用和焊接溫度場同樣的有限元模型，對焊件進(jìn)行溫度場分析后，重新進(jìn)入前處理模塊，將熱單元SOLID70轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元SOLID45。并把焊接溫度場的結(jié)果作為焊接應(yīng)力場的預(yù)定義場進(jìn)行計(jì)算，指定塑性分析選項(xiàng)為經(jīng)典的雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化（BKIN）模式，同時(shí)考慮材料的力學(xué)性能隨溫度變化的特性[9]，并定義隨溫度變化的屈服應(yīng)力和剪切模量，設(shè)置相關(guān)的求解選項(xiàng)并求解。焊接應(yīng)力場分析時(shí)，施加邊界條件對焊件進(jìn)行相應(yīng)的約束。
2 計(jì)算結(jié)果與討論
通過對試板采用單邊V形坡口和Y形坡口下五種不同坡口角度連接的薄板進(jìn)行焊接模擬，得到了焊接殘余應(yīng)力的應(yīng)力分布云圖。圖4（a）～（e）和圖5（a）～（e）為試板在單邊V形焊接坡口形式下的焊后橫向殘余應(yīng)力與縱向殘余應(yīng)力分布。圖6（a）～（e）和圖7（a）～（e）為試板在Y形焊接坡口形式下的焊后橫向殘余應(yīng)力與縱向殘余應(yīng)力分布。
為了研究單邊V形坡口和Y形坡口在不同坡口角度下的焊接殘余應(yīng)力分布大小和規(guī)律，文章分別在板件上表面平行焊縫方向取3條路徑，如圖8中的1～3，下文中分別用P1～P3表示，分析該路徑上橫向和縱向殘余應(yīng)力分布情況。
圖9（a）～（c） 和圖10（a）～（c） 分別為采用
單邊V坡口焊接的試板在五種不同坡口角度下沿路徑P1～P3的橫向殘余應(yīng)力與縱向殘余應(yīng)力分布大小及形態(tài)。圖11（a）～（c） 和圖12（a）～（c） 分別為采用Y形坡口焊接的
試板在五種不同坡口角度下沿路徑P1～P3的橫向殘余應(yīng)力與縱向殘余應(yīng)力分布大小及形態(tài)。
從圖9～圖12可以看出，采用單邊V形坡口焊接的板件焊后橫向殘余應(yīng)力和縱向殘余應(yīng)力隨著坡口角度的增大而變大，采用Y形坡口焊接的板件，其焊后橫向殘余應(yīng)力和近焊縫區(qū)、焊縫區(qū)的縱向殘余應(yīng)力隨著坡口角度增大而變大，這是由于焊縫體積差異導(dǎo)致的。當(dāng)焊縫中填充材料越多，金屬熔化產(chǎn)生的熱量越大，導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力就越大。
對比圖9和圖11可以看出，在坡口角度一定時(shí)，采用單邊V形坡口焊接的板件，其焊后橫向殘余應(yīng)力普遍大于采用Y形坡口焊接的板件；對比圖10和圖12可以看出，在坡口角度一定時(shí)，采用單邊V形坡口焊接的板件，其焊后縱向殘余應(yīng)力也普遍大于采用Y形坡口焊接的板件。當(dāng)坡口角度一定時(shí)，單邊V形坡口形式下的焊縫區(qū)體積大于Y形坡口坡口形式下的焊縫區(qū)體積。這同樣表明焊縫中填充材料越多，金屬熔化產(chǎn)生的熱量越大，導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力就越大。
以上結(jié)果表明，對單邊V形坡口和Y形坡口的不同坡口角度而言，焊接殘余應(yīng)力將隨著坡口角度的增大普遍呈變大趨勢。同時(shí)，當(dāng)坡口角度一定時(shí)，單邊V形坡口比Y形坡口產(chǎn)生的焊后殘余應(yīng)力大。這說明單邊V形坡口和Y形坡口在不同坡口角度下，角度較小的坡口能有效降低焊件的縱向和橫向殘余應(yīng)力；在坡口角度一定時(shí)，Y形坡口則相比于單邊V形坡口更能夠有效地降低焊后殘余應(yīng)力。
3 結(jié)束語
（1）當(dāng)坡口形式一定時(shí)，隨著焊接坡口角度的增大，焊后橫向殘余應(yīng)力和縱向殘余應(yīng)力普遍呈變大趨勢。
（2）當(dāng)坡口角度一定時(shí)，Y形坡口產(chǎn)生的焊后殘余應(yīng)力小于單邊
V形坡口產(chǎn)生的焊后殘余應(yīng)力。
（3）當(dāng)焊縫中填充材料越多，金屬熔化產(chǎn)生的熱量越大，導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力就越大。選擇總體積較小的焊縫，能夠有效降低焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。
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關(guān)鍵詞：管道焊接；質(zhì)量；措施
中圖分類號：TG457文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
一、焊接的定義以及焊接應(yīng)力
焊接是被焊工件的材質(zhì)（材質(zhì)的相同和不同），通過加熱或壓力兩種并用，在焊接的過程中用或者不用填充材料，使工件的材質(zhì)達(dá)到原子間的建立，形成永久性的連接工藝。
在焊接過程中由于溫度的變化產(chǎn)生了一定的變形，進(jìn)而導(dǎo)致了構(gòu)件產(chǎn)生變形。如何才能改變這種現(xiàn)象，這就要求在焊接的過程中，重視焊接的結(jié)構(gòu)和焊接工藝，從而提高焊接的質(zhì)量。首先要弄清楚產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的原因，只有這樣才能更好的避免這一問題的發(fā)生，在焊接的過程中由于焊件的局部被加熱到高溫的狀態(tài)，這樣就照成了局部和整體的溫度不同，在焊接中就會出現(xiàn)體積的變化從而產(chǎn)生了焊接應(yīng)力。
二、焊接應(yīng)力的分類和對結(jié)構(gòu)性能的影響
焊接過程是一個(gè)局部加熱的過程，在加熱和冷卻過程中，就產(chǎn)生了所謂的焊接應(yīng)力，焊接應(yīng)力又可以分為縱向焊接應(yīng)力、橫向焊接應(yīng)力和厚度方向的應(yīng)力。縱向應(yīng)力是在焊接過程中鋼板中會產(chǎn)生不均勻的溫度場，在受到高溫區(qū)的壓力在遠(yuǎn)離焊接縫的一側(cè)受到熱力作用，焊接完畢自然冷卻后在靠近焊縫區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力。橫向應(yīng)力是指在垂直情況下焊縫軸線的應(yīng)力，產(chǎn)生橫向應(yīng)力的原因是焊縫的收縮產(chǎn)生。厚度方向的焊接應(yīng)力常常發(fā)生在多層焊接中，溫度由于受到不同厚度的影響，物體表面冷卻時(shí)間和收縮程度不同，造成了中間層受拉力，外層承受壓力。
三、管道焊接質(zhì)量控制易發(fā)生的問題
1、管道焊接施工中技術(shù)員沒有嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和現(xiàn)場實(shí)際情況編制施工方案和對施工班組進(jìn)行技術(shù)交底，施工單位憑經(jīng)驗(yàn)施焊。
2、施工過程中，焊接作業(yè)人員沒有取得施焊項(xiàng)目合格證，或沒有在合格證核定的項(xiàng)目和規(guī)定的期限內(nèi)承擔(dān)焊接作業(yè)工作，造成現(xiàn)場質(zhì)量不能處于受控狀態(tài)。
3、施工現(xiàn)場壓力管道材質(zhì)種類繁多，經(jīng)常有異種鋼焊接，因此易產(chǎn)生焊接工藝參數(shù)管理失控現(xiàn)象。經(jīng)焊接工藝評定合格的焊接工藝指導(dǎo)書得不到嚴(yán)格執(zhí)行，施工工人任意改變坡口形式和尺寸，更改電流電壓參數(shù)，加快焊接速度，甚至用錯(cuò)焊材等，使焊縫產(chǎn)生裂紋、咬邊、氣孔、夾渣、未融合等缺陷。
四、提高管道焊接質(zhì)量的主要措施
管道焊接受各方面的影響比較大，實(shí)踐證明，必須抓住影響焊接質(zhì)量的主要因素，并采取相應(yīng)的管理措施，才能使管道的焊接全過程受到有效控制，確保焊接質(zhì)量。
1、焊接工藝控制
施工單位在正式施焊前，必須按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行完善的焊接工藝評定。各施工單位必須按公司的焊接工藝評定和焊接工藝指導(dǎo)書，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際焊接情況，編寫現(xiàn)場焊接工藝卡；項(xiàng)目部技術(shù)員對施工班組進(jìn)行書面的技術(shù)交底。每一個(gè)施焊的焊工和管工必須各存一份，同時(shí)送交項(xiàng)目部質(zhì)量檢查員。不同焊接工藝的管線分別編寫。相同焊接工藝的管線可以寫在一張表內(nèi)，必須注明管線號。有特殊要求的焊接，不但注明管線號還應(yīng)該注明焊口號。管工按焊接工藝卡預(yù)制管口，焊工按焊接工藝卡進(jìn)行工序交接確認(rèn)焊口，合格后才能按所給焊接參數(shù)和要求進(jìn)行焊接。焊接質(zhì)量檢查員按焊接工藝卡進(jìn)行檢查，并做好焊接記錄。
2、焊接設(shè)備控制
管道施工中，常用的焊接設(shè)備有鎢極氬弧（TIG）焊機(jī)、逆變焊機(jī)、交流焊機(jī)、焊條烘干箱、無損檢測設(shè)備等，保證設(shè)備處于完好狀態(tài)是保證焊接質(zhì)量的前提。電焊機(jī)的電壓表、電流表是焊接計(jì)量儀表，應(yīng)保證示數(shù)準(zhǔn)確。焊工應(yīng)熟悉所使用設(shè)備狀況，事前應(yīng)確認(rèn)設(shè)備處于完好狀態(tài)。操作時(shí)嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，嚴(yán)禁超負(fù)荷使用，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備性能不穩(wěn)定應(yīng)及時(shí)報(bào)修，使設(shè)備始終處于受控狀態(tài)。
3、焊接材料控制
焊接材料是焊接質(zhì)量保證的基本條件，焊接材料的質(zhì)量和正確使用，直接影響到焊接質(zhì)量和工程成本。因此應(yīng)控制焊接材料的采購、驗(yàn)收、保管、發(fā)放及使用等幾個(gè)環(huán)節(jié)。焊接材料必須要有質(zhì)量證明書，化學(xué)成分及機(jī)械性能符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)文件要求，用于高溫高壓及有毒有害介質(zhì)的合金材料還應(yīng)做光譜分析確認(rèn)，經(jīng)檢驗(yàn)不合格材料嚴(yán)禁入庫和使用。現(xiàn)場應(yīng)設(shè)立焊材一級庫和二級庫，庫內(nèi)的溫度和濕度應(yīng)進(jìn)行有效控制，符合要求。入庫的焊接材料應(yīng)該經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)合格，有材料標(biāo)記號、建帳立卡，按品種、規(guī)格、分區(qū)堆放。焊條使用前應(yīng)進(jìn)行烘干并做好焊條烘干記錄。焊條領(lǐng)出后必須立即放入保溫桶，回收再利用的焊條，必須重新烘干，但同一焊條烘干次數(shù)不得超過兩次。
4、焊接環(huán)境控制
焊接環(huán)境因素是制約焊接質(zhì)量的重要因素之一。焊接環(huán)境要求要有適宜的環(huán)境溫度、相對濕度、風(fēng)速，才能保證所施焊的焊縫組織獲得良好的外觀成形與內(nèi)在質(zhì)量，具有符合要求的機(jī)械性能與金相組織。
5、加強(qiáng)對焊接人員管理
人在焊接過程中起了關(guān)鍵性的作用。為此一定要加強(qiáng)對焊接工程師、質(zhì)檢人員、無損檢測人員以及焊接工人的管理和技術(shù)方面的培訓(xùn)。焊接工程師是管道焊接質(zhì)量的主要負(fù)責(zé)人，因此，要求焊接工程師除了要具備較強(qiáng)的專業(yè)知識以外，還要具備豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)。焊接工程師要對焊接工人進(jìn)行定期的培訓(xùn)和考核，并對焊接質(zhì)檢人員和焊接無損人員進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督，保證他們的工作的質(zhì)量和效率。焊接質(zhì)檢人員和焊接無損人員的工作是非常重要的，他們的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)直接關(guān)系到焊接的質(zhì)量問題，所以焊接質(zhì)檢人員和焊接無損人員須經(jīng)上級主管部門培訓(xùn)考核合格取得相應(yīng)的資格證書，并持證上崗，要求熟悉壓力管道焊接的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。焊接質(zhì)檢人員和焊接無損人員在一定時(shí)間內(nèi)要出具一定的檢測數(shù)據(jù)，以便保證焊接工人能及時(shí)的彌補(bǔ)在焊接過程中出現(xiàn)的問題，減少不必要的損失。當(dāng)然焊接工人在焊接的整個(gè)過程中是最關(guān)鍵的人員，其水平高低直接影響著焊接質(zhì)量的好壞，因此要加強(qiáng)對焊接工人進(jìn)行培訓(xùn)和考核。
6、焊接檢驗(yàn)控制
施工現(xiàn)場焊口外觀檢查合格后按比例進(jìn)行無損檢測（RT），現(xiàn)場質(zhì)量檢查員依據(jù)技術(shù)交底和各種管線無損檢測比例的要求，根據(jù)焊工焊接數(shù)量及質(zhì)量，執(zhí)行隨機(jī)點(diǎn)口抽透的原則，向第三方檢測公司委托檢測。施工單位將要檢驗(yàn)的焊口管線號、編號、焊工號、寫在明顯部位上，探傷人員保證無損檢測抽透和增透比例準(zhǔn)確，保證管道檢測合格。
7、管道焊接后質(zhì)量控制
（1）管線焊口核查：焊接施工結(jié)束，所有焊口外觀質(zhì)量，工藝配管單線圖的各種標(biāo)記與實(shí)際管道焊口標(biāo)記、各種控制點(diǎn)表格的填寫、檢查表的記錄和無損檢測報(bào)告必須一致，要逐一審核。
（2）技術(shù)資料的整理：焊接資料是整個(gè)工程交工資料的一個(gè)重要組成部分，在施工過程中要認(rèn)真收集、整理各種焊接資料，做到資料完整、及時(shí)、資料移交手續(xù)齊全。
結(jié)束語
隨著石油用量的不斷增多，石油管道的逐漸投入應(yīng)用和數(shù)量的迅速發(fā)展，石油管道的焊接慢慢體現(xiàn)其舉足輕重的作用。石油管道的需求要求管道的焊接水平也要跟上需要，因此，提高石油管道的焊接技術(shù)水平尤為關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：工業(yè)管道安裝；焊接缺陷；防治措施
中圖分類號： TU81 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
前言：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國工業(yè)建設(shè)水平也有了相當(dāng)程度的提高。在當(dāng)前的工業(yè)發(fā)展中，工業(yè)管道中出現(xiàn)的滲漏、泄露事故，其原因多數(shù)是由焊接質(zhì)量不合格而引起的，因此，對于管道安裝應(yīng)滿足較高的技術(shù)要求,在施工過程中必須嚴(yán)格根據(jù)施工規(guī)范與施工程序進(jìn)行工業(yè)管道的安裝焊接。文章針對工業(yè)管道安裝中焊接的重要性，就管道焊接問題展開了探討。
一、管道焊接施工中的缺陷
（一）焊接裂紋
裂紋是焊接中危害性最大的一種缺陷，它主要包括結(jié)晶裂紋、液化裂紋、延遲裂紋等幾種形式。裂紋主要在焊接應(yīng)力和其他相關(guān)因素的共同作用下，金屬材料中原子結(jié)合被破壞，產(chǎn)生新接口的縫隙。由于其有延伸性，在焊道存在內(nèi)應(yīng)力的情況下裂紋會一直延伸擴(kuò)展，直至焊道被破壞。裂縫是工業(yè)管道安裝中，是對焊接接頭中產(chǎn)生最大危害的缺陷，其不但難于返修，同時(shí)還會為管道運(yùn)行造成直接影響，且必須割口重焊。因此，必須引起足夠的重視，在長輸管道的施工過程中，應(yīng)全面避免裂紋缺陷的產(chǎn)生。
（二）未熔合
未熔合是指未能完全熔化結(jié)合，它包括兩部分：焊道與母材之間或焊道與焊道之間。其主要發(fā)生在管道時(shí)鐘1點(diǎn)鐘和11點(diǎn)鐘的接頭位置及管道底部6點(diǎn)鐘仰焊位置。未熔合可分為根部未熔合、層間未熔合、坡口未熔合三種。根部未熔合主要是打底過程中焊縫金屬與母材金屬以及焊縫接頭未熔合、層間未熔合主要是施焊過程中層與層間的焊縫金屬未熔合。坡口未熔合是焊縫金屬與母材坡口之間的未熔合，其中根部未熔合出現(xiàn)的幾率較大。未熔合易造成應(yīng)力集中，危害性僅次于焊接裂紋。因此，未熔合缺陷在焊縫中是不允許存在的。
（三）焊接應(yīng)力
焊接應(yīng)力是由于焊后收縮受到制約造成的，制約越嚴(yán)重，內(nèi)應(yīng)力也就越大。焊接以后留下一定的殘余應(yīng)力是不可避免的，但是可以通過恰當(dāng)?shù)墓に嚧胧┙o予一定程度的控制和調(diào)節(jié)。
（四）氣孔
氣孔主要是在焊接時(shí)，由于熔池金屬中的氣體沒有在熔池凝固之前及時(shí)逸出，而殘留在焊縫金屬的內(nèi)部或者表面，形成孔穴。氣孔的大小、形狀、數(shù)量等均與母材材質(zhì)、焊接位置、焊條性質(zhì)、焊工操作技術(shù)等有關(guān)。對于形成氣孔的氣體，一些是原本溶解在母材與焊條鋼芯中的氣體；一些則是在藥皮熔化過程中產(chǎn)生的氣體，也有些來自母材上的油垢、銹跡等受熱后分解產(chǎn)生。
（五）夾渣
夾渣是指焊縫中存在的熔渣、鐵銹或其他物質(zhì)，在焊道根部、層間均可能存在，最常見的就是層間夾渣。夾渣形狀不同，大小不一，其中危害最大的就是呈尖銳形的夾渣，影響焊道的塑性，尤其是在焊道受拉應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中。《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定GCZ級或GC3級管道，當(dāng)夾渣自身高度或?qū)挾鹊淖畲笾挡淮笥?035t，并且不大于6~時(shí)，按表1定級;否則定為4級。預(yù)防措施：(1)多層焊時(shí)，焊絲、焊條等產(chǎn)生的熔渣要清理干凈，避免熔渣埋入焊道；(2)避免焊接電流較小，導(dǎo)致熔渣不能充分融化而浮出熔池；(3)如果坡口太小或上層焊道與坡口間形成了夾角，熔渣因不能充分融化而浮出熔池。
三、防范管道焊接缺陷的有效對策
（一）提高管道焊接工藝
1、選擇合適的坡口角度與裝配間隙；選擇合理的焊接電流，同時(shí)要求施工操作者對運(yùn)條方式、焊條或者焊把的速度與角度等充分掌握，以滿足焊件裝配的間隙變化，確保焊接縫均勻。當(dāng)焊角焊縫時(shí)，應(yīng)注意保持正確的角度，避免焊縫尺寸不滿足要求。
2、引弧時(shí)，盡量拉長電弧，通過預(yù)熱的形式逐漸形成熔池；在收弧時(shí)，應(yīng)將焊條在熔池中短暫停留，或者進(jìn)行幾次環(huán)形運(yùn)條處理，以保證足夠的焊條金屬將熔池填滿，以避免焊縫收尾的位置產(chǎn)生弧坑。
3、將坡口和焊層之間的熔渣認(rèn)真清理干凈，并鏟平凹凸處，再進(jìn)行焊接。適當(dāng)加大焊接的電流，必要時(shí)則縮短電弧長度，并提高電弧停留時(shí)間。根據(jù)熔化的實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整焊條角度與運(yùn)條方法，讓熔渣上浮到鐵水表面；正確選擇焊條金屬的母材與化學(xué)成分，以降低熔渣的熔點(diǎn)與粘度，避免產(chǎn)生夾渣缺陷。
4、在焊接前，做好準(zhǔn)備工作。清除坡口兩側(cè)約 20-30mm 范圍內(nèi)的焊件表面油污；在焊接前，將焊條根據(jù)說明書中規(guī)定的時(shí)間與溫度進(jìn)行烘干，并選擇符合規(guī)定的焊接方式。如果使用堿性焊條施焊，應(yīng)盡量控制電弧長度，在風(fēng)大的情況下則采取防風(fēng)手段；如果焊條產(chǎn)生焊心銹蝕，且藥皮開裂、變質(zhì)、剝落、偏心時(shí)，都不能再使用，以避免氣孔的產(chǎn)生。
5、選擇合適的優(yōu)質(zhì)鏈條及焊接規(guī)范，合理安排焊接的次序與方向，減少焊接應(yīng)力。另外，在焊接前還應(yīng)對坡口周圍的水、銹、油等污物進(jìn)行認(rèn)真清除，避免產(chǎn)生裂紋。
（二）焊接應(yīng)力措施
采用預(yù)熱法、同步收縮法等措施控制焊接應(yīng)力。管道焊接中，焊接溫差越大，殘余應(yīng)力越大，同時(shí)從組織轉(zhuǎn)變來說，冷卻越快組織應(yīng)力也越大。預(yù)熱可減小溫差和減慢冷卻速度，從而減小焊接應(yīng)力。同時(shí)，焊縫的收縮受到旁邊冷金屬的牽制而形成拉應(yīng)力，有效區(qū)段旁邊的較冷的金屬不允許它收縮而形成較大的應(yīng)力，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧鼓茉试S它或者部分允許它收縮，就可以免除或者部分地免除殘余應(yīng)力。同步收縮法就是基于這個(gè)原理所采取的工藝措施。施工中，采用合理的焊接次序，盡量使焊縫能比較自由的收縮，特別是那些收縮比較大，殘余應(yīng)力比較大的焊縫，也可以實(shí)現(xiàn)控制焊接應(yīng)力的目的。
（三）推廣先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用
在檢修裝置時(shí)，為了確保工業(yè)管道的焊接質(zhì)量，提高施工單位的整改標(biāo)準(zhǔn)、改善不合格工序，質(zhì)量檢查人員應(yīng)使用數(shù)碼相機(jī)查出現(xiàn)場存在的低標(biāo)準(zhǔn)問題，并制成幻燈片在檢修會上重點(diǎn)通報(bào)，促進(jìn)施工人員自我查找、自我回饋、自我整改，從根本上提高焊接質(zhì)量。
（四）采用高效焊接法
在全焊結(jié)構(gòu)管道中，焊接工作強(qiáng)度也隨之加強(qiáng)，并且質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)更高。但是通過多年來焊接工作者積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，目前全焊結(jié)構(gòu)管道已經(jīng)獲得客觀技術(shù)的進(jìn)步。在生產(chǎn)過程中，大直徑厚壁管的管道要求最為嚴(yán)格，主要運(yùn)用將鋼板壓制成形的方式，確保管道正常發(fā)揮使用性能。
（五）加強(qiáng)焊接的全過程控制
由于管道焊接施工人員的技術(shù)水平與責(zé)任心等因素都直接影響著管道焊接的整體質(zhì)量，因此重視對施工人員的監(jiān)督就非常重要，效果也較為理想，由此，質(zhì)量檢查人員的責(zé)任也就凸顯出來。為有效防止管道焊接缺陷的發(fā)生，質(zhì)量檢查小組應(yīng)在焊接施工中要求全體人員參加到焊接質(zhì)量控制管理之中。如看火員的焊接質(zhì)量，要求其必須隨時(shí)對焊接過程中可能出現(xiàn)缺陷的控制點(diǎn)加強(qiáng)檢查，以及機(jī)動(dòng)處設(shè)備管理人員、車間設(shè)備管理人員的執(zhí)行情況進(jìn)行定期或不定期抽查等。對于查出的問題，需要填寫檢修質(zhì)量定期整改報(bào)告，并及時(shí)反饋回施工單位，限令整改等，在整改期滿后，嚴(yán)格對施工單位進(jìn)行復(fù)檢，從材料入庫、坡口加工、管道預(yù)制再到焊接的全過程加強(qiáng)控制管理，特別是提高焊接的工藝要求執(zhí)行水平。對管道安裝過程中焊接工藝的確定，要充分考慮其施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，同時(shí)還應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)章制度，并在檢修過程中，加強(qiáng)施工方質(zhì)檢人員與廠方質(zhì)檢人員的配合，定期開展聯(lián)合檢查，對于查出來的焊接缺陷問題及時(shí)提出并整改。
結(jié)語：總之，對于工業(yè)管道安裝過程中所存在的焊接缺陷，還需要施工單位能夠?qū)⒈韭毠ぷ鞒浞致鋵?shí)到位，并根據(jù)管道工程的實(shí)際規(guī)模，進(jìn)行合理的規(guī)劃，在確保焊接工作順利進(jìn)行的同時(shí)，也為今后管道的投入使用打下良好基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1] 岳明彥.淺談工業(yè)管道安裝過程中的焊接缺陷及對策[J].價(jià)值工程，2012，（6）.
【關(guān)鍵詞】鑄鐵件；手弧焊；冷焊；補(bǔ)焊
1、前言
鑄鐵工件的種類很多，用途也較廣泛。根據(jù)鑄鐵的焊接特點(diǎn)，對鑄鐵件采用相應(yīng)的焊補(bǔ)工藝進(jìn)行焊補(bǔ)，以減少焊縫形成白口及淬硬組織，避免產(chǎn)生裂紋和氣孔。提高鑄鐵設(shè)備（件）的使用周期，降低焊補(bǔ)成本。本文從鑄鐵的種類和性能、焊接設(shè)備、材料和焊接工藝、注意事項(xiàng)等方面介紹了鑄鐵電弧冷焊的焊補(bǔ)工藝技術(shù)。
2、鑄鐵的種類和性能
2.1鑄鐵的分類
鑄鐵是含碳量大于2.11﹪或具有共晶組織，且含有一定量的硅、錳元素及硫、磷雜質(zhì)的鐵碳合金。有時(shí)還可加入各種合金元素，以獲得具有特殊性能的合金鑄鐵。在Fe-C二元合金系中，按穩(wěn)定系相同，根據(jù)碳含量的不同，鑄鐵可分為：亞共晶鑄鐵ω（C）﹤4.26﹪、共晶鑄鐵ω（C）=4.26﹪、過共晶鑄鐵ω（C）﹥4.26﹪。按碳在鑄鐵中的存在狀態(tài)、形式和生產(chǎn)方法的不同，可分為白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵及合金鑄鐵五類 。
2.2鑄鐵的焊接性
鑄鐵的化學(xué)成分特點(diǎn)是碳及硫、磷雜質(zhì)含量高。焊接過程中，因相變速度快而產(chǎn)生的組織應(yīng)力大，增大了焊接接頭對冷卻速度變化的敏感性及對冷，熱裂紋的敏感性；力學(xué)性能特點(diǎn)是強(qiáng)度低，基本無塑性。且由于焊接過程是不均勻的快速加熱和冷卻過程，易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，使焊接接頭容易產(chǎn)生白口及淬硬組織，易產(chǎn)生裂紋。因此，鑄鐵的焊接性較差。
3、鑄鐵電弧冷焊的優(yōu)點(diǎn)及工藝要點(diǎn)
3.1鑄鐵電弧冷焊的優(yōu)點(diǎn)
鑄鐵異質(zhì)焊縫電弧冷焊的優(yōu)點(diǎn)是焊前對被焊工件不預(yù)熱，使焊接工藝過程大大減化，不僅降低了焊補(bǔ)成本，改善了焊工的勞動(dòng)條件，而且提高了焊補(bǔ)效率。此外，電弧冷焊還具有適用范圍廣，可進(jìn)行全位置焊接等特點(diǎn)。對于大型鑄件或不能預(yù)熱的已加工面更適于采用電弧冷焊。所以鑄鐵電弧冷焊是一個(gè)發(fā)展方向。
3.2鑄鐵電弧冷焊的工藝要點(diǎn)
鑄鐵電弧冷焊可分為，同質(zhì)（鑄鐵型）焊縫和異質(zhì)（非鑄鐵型）焊縫。異質(zhì)焊縫要獲得好的焊接質(zhì)量，不僅要根據(jù)焊補(bǔ)要求正確選擇焊接材料，而且要注意掌握焊補(bǔ)工藝要點(diǎn)。異質(zhì)焊縫電弧冷焊的工藝要點(diǎn)可總結(jié)為：“短段、斷續(xù)分散焊，較小電流熔深淺，焊后錘擊消應(yīng)力，退火焊道前段軟。”異質(zhì)焊接材料電弧冷焊的重點(diǎn)仍是防止裂紋，減少白口及淬硬組織的產(chǎn)生。在保證電弧穩(wěn)定的情況下采用小直徑焊條，小電流快速焊，以減少母材在焊縫中的熔合比，降低焊縫中碳、硫、磷等有害雜質(zhì)的含量，提高焊縫質(zhì)量。同時(shí)，減少了焊接熱輸入及焊接應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生。異質(zhì)焊縫電弧冷焊主要是通過調(diào)整焊縫化學(xué)成分，來改善接頭的組織和性能。
4、焊接設(shè)備和材料的選用
4.1推薦使用直流弧焊機(jī)并采取反接法（工件接負(fù)極，焊條接正極）這樣可使焊接電弧穩(wěn)定，滿足低氫型堿性焊條的工作條件。如采用交流焊機(jī)，則空載電壓需在75V以上。
4.2使用的焊條既要達(dá)到焊補(bǔ)后無白口和裂紋的效果，還要價(jià)格低，易于購買。因此，推薦使用J507或J506型碳素結(jié)構(gòu)鋼焊條修補(bǔ)鑄鐵管和鑄鐵閥門裂紋，選用J422型焊條堆焊，還可代替專用焊條開裂紋坡口。上述幾種焊條含硫、磷等雜質(zhì)少，因而焊縫的抗裂性、塑性和韌性都較好。但這些焊條易受潮，使用前需將J507、J506型焊條在350-400℃下烘焙2h，J422型焊條在70-150℃下烘焙1h。推薦使用鎳基EZNi-1（308）焊條修補(bǔ)缸體，焊前應(yīng)將焊條在150℃下烘焙2h。
5、焊前準(zhǔn)備
5.1認(rèn)真檢查缺陷，清除油污，詳細(xì)檢查裂紋，為防止焊補(bǔ)過程中裂紋擴(kuò)展，應(yīng)在裂紋兩端3--5mm處鉆Φ5-φ8mm的止裂孔。
5.2當(dāng)焊件厚度或缺陷深度大于5mm應(yīng)開坡口，用直徑3.2mm的J422焊條手工電弧開80°U形坡口，坡口底部應(yīng)平整，其深度為焊件厚度的2/3，切割電流為150-160A。坡口開好后，用鑿子剔除坡口及附近的飛濺，用鋼刷清理坡口，使其露出金屬光澤。
6、焊接工藝措施及工藝參數(shù)
6.1采用異質(zhì)焊接材料手工電弧冷焊的工藝措施
為防止裂紋，減少白口及淬硬組織的產(chǎn)生。應(yīng)采用小直徑焊條、小電流、快速焊，同時(shí)，采用短段、斷續(xù)分散焊、多層多道焊及焊后錘擊消應(yīng)力。以控制焊接熱輸入，減小焊接應(yīng)力及熱影響區(qū)的寬度，防止產(chǎn)生裂紋，減少最易形成白口的半熔化區(qū)的寬度，使白口層變得薄些。
為減少焊接熱輸入，降低焊補(bǔ)溫度，多層焊層間溫度應(yīng)控制在（50-60℃）以下。每層焊縫要薄。不作橫向擺動(dòng)。以降低應(yīng)力及減少半熔化區(qū)的寬度。焊縫越長，所承受的拉應(yīng)力越大，故采用短段焊有利于降低焊縫應(yīng)力狀態(tài)，減少焊縫發(fā)生裂紋的可能性。一般每段焊縫長度，薄壁件為10—20mm，厚壁件為30-40mm。焊后應(yīng)立即用小錘快速敲擊處于高溫而具有較高塑性的焊縫，以松馳焊補(bǔ)區(qū)的應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生。運(yùn)用退火焊道的方法。當(dāng)補(bǔ)焊加工面的線狀缺陷時(shí)，可采用退火焊道的方法以改善補(bǔ)焊區(qū)的切削加工性能。為避免焊件局部過熱而增大焊接應(yīng)力，應(yīng)采用分散焊法。對大厚件多層焊應(yīng)合理按排多層焊焊接順序。必要時(shí)可在坡口表面焊過渡層，可有效的防止焊縫剝離。
6.2焊接工藝參數(shù)
焊接電流：詳細(xì)參數(shù)見表一。
坡口角度：非穿透性缺陷深度﹤15mm的坡口角度應(yīng)為70-80°，缺陷深度﹥15mm的坡口寬度應(yīng)為15-25mm。穿透性缺陷，壁厚﹤15mm的坡口角度為70-80°，鈍邊為2-3mm，壁厚﹥15mm的可開雙面坡開，坡口角度為70-80°。
焊條與電流匹配參數(shù)表 （表一）
焊條直徑（mm） 2.0 2.5 3.2 4.0
電 流 （A） 40--60 50--80 100--120 130--190
注意事項(xiàng)
1.嚴(yán)格控制母材在焊縫中的熔合比。采用小的坡口角度、焊條直徑、焊接電流，適當(dāng)提高焊速，控制每段焊縫長度，控制層間溫度，每層焊道要薄，以減少焊接熱輸入。2.焊后應(yīng)立即用小錘快速敲擊處于高溫而具有較高塑性的焊縫，以松馳焊補(bǔ)區(qū)的應(yīng)力，如果坡口底部錘擊不便，可錘擊鈍刃扁鏟，以消除焊接應(yīng)力。
結(jié)論
鑄鐵冷焊技術(shù)不僅強(qiáng)度可靠，效率高，成本低，修復(fù)速度快，并且還可對某些大型鑄鐵件在不拆卸的情況下，進(jìn)行全位置焊補(bǔ)修復(fù)，工件不易變形，焊工勞動(dòng)條件好等優(yōu)點(diǎn)。焊縫強(qiáng)度能滿足使用要求，保證了鑄鐵焊補(bǔ)的施工質(zhì)量，技術(shù)效果及經(jīng)濟(jì)、社會效益十分顯著。
參考文獻(xiàn)
[1]《焊接技術(shù)》雜志.天津市焊接研究所.天津
[2]《焊接》雜志.機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.哈爾濱焊接研究所
