CN101954546A - 低焊接残余应力的焊接工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明的低焊接残余应力的焊接工艺方法属于焊接技术领域，特别适合大型焊件和大型容器的焊接。该发明方法是将焊接件整体或焊道局部加热，在对焊缝区和近焊缝区持续加热的条件下对焊接件的焊缝进行焊接，焊后，在保温层保护下冷却。本发明方法使焊接件的残余应力降低80％以上，甚至为零，无需焊后的消除应力处理工序，节约了能耗和生产成本，减少了生产周期。

Description

低焊接残余应力的焊接工艺方法 

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种焊接后不产生焊接残余应力或产生很低残余应力的焊接工艺方法，特别适合大型焊件和大型容器的焊接。 

背景技术

焊接过程不均匀的加热和冷却使得焊缝及其附近金属产生非均匀的膨胀和收缩，从而产生焊接残余应力，焊接残余应力在焊接构件中普遍存在，直接影响构件结构的承载能力、降低焊接接头及整个构件的疲劳强度和抗应力腐蚀的能力，在遇到外力作用时会产生疲劳断裂或脆性断裂而引发事故。多年来，人们一直探索消除焊接残余应力的处理方法，取得了很多成果。目前，消除焊接应力技术主要包括热处理法、冲击法(振动时效、爆炸法、锤击、喷丸)以及机械拉伸法等，这些方法的采用解决了焊接应力的问题，但是却提高了构件的生产成本。 

在焊接时，消除焊接残余应力的焊接工艺方法也有报道，中国专利“薄板构件低应力无变形焊接方法及其装置”，专利号为CN87100959，公开了一种用于薄板构件在焊接过程中控制焊接应力和变形的方法”，该方法是在焊缝区冷却，在焊缝区外侧加热，形成所要求的预置温差，在构件的适当部位施加外力，保证构件在焊接温度场和预热温度场同时作用下不发生其型面以外的压曲失稳变形。此方法适用于控制薄板对接焊缝、管筒壳体纵向对接焊缝、直线角焊缝的焊接应力和变形。该工艺方法操作起来比较复杂，工艺难于把握，使实际应用受到限制。 

中国专利CN03133348.6公开了“一种现场快速消除小直径管道焊接接头残余应力的方法”，该方法具体是采用温差形变处理，在小直径管道接头环焊缝两边的压应力区进行快速加热，造成加热区与焊缝部位的温差；工艺为：1)加热区以焊缝为中心对称分布，离开环缝距离为20mm～40mm；其加热宽度为10～30mm；2)迅速加热，使加热区与环缝达到150℃～550℃温差；然后自然冷却。该发明方法能消除大部分的焊接残余应力，甚至完全消除应力腐蚀裂化(SCC)的危害，具有施工简便、效率高、速度快、时间短，能耗低的特点，特别是适合现场推广应用。但是，该方法仅适用于小直径管道接头，对于大型焊接件和大型容器的焊接却无法应用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种大型焊接件和大型容器在焊接后产生低焊接残余应力的焊接方法，实现对大型焊接件和大型容器的快速、高效、低应力或无应力焊接。 

本发明的目的是通过下述技术方案实现的： 

本发明的低焊接残余应力的焊接工艺方法，是将焊接件整体或焊道局部加热，在对焊缝区和近焊缝区持续加热的条件下对焊接件的焊缝进行焊接，焊后，在保温层保护下冷却。 

本发明所述的低焊接残余应力的焊接工艺方法，是将焊接件的焊缝区和近焊缝区由电加热器进行加热，加热温度为500℃～700℃，焊后，在石棉被保护下 冷却至室温。 

本发明的低焊接残余应力的焊接工艺方法，所说焊接件焊缝区和近焊缝区的温度梯度为零或接近为零，所说的焊缝区和近焊缝区的宽度为消除焊接残余应力局部热处理宽度的二倍以上，焊接管件和容器的焊缝区和近焊缝区的宽度满足下述数学表达式： 

$W\≥5\sqrt{\mathrm{Rh}}$

上式中W是距离焊缝中心一侧的加热宽度， 

R是管件或容器的半径， 

h是管件或容器的壁厚。 

本发明的“低焊接残余应力的焊接工艺方法”经在低碳钢、不锈钢、高强钢和耐热钢焊接件的验证，证明实现了下述优点： 

1.使焊接件的残余应力降低80％以上，甚至为零，无需焊后的消除应力处理工序，节约了能耗和生产成本，减少了生产周期。 

2.实现了大型焊接件和大型容器的消除焊接残余应力焊接。 

附图说明

图1是本发明低焊接残余应力的焊接工艺方法的示意图 

图中1是焊接板，2是焊缝，3是电加热装置，4是石棉被，5是焊条 

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法进行详细的说明。 

将带V形坡口的焊接板1放在电加热装置3上加热，控制焊接板1的加热温度(恒温)分别为650℃、600℃和550℃，在恒温条件下，用焊条5对焊缝2进行焊接，焊接完成后，将整个焊接板1连同电加热装置3用石棉被4盖住，然后断电，自然冷却至室温。 

对于塔形容器可在内侧加热，外侧焊接，也可以在外侧加热，内侧焊接，然后，用石棉被盖住，自然冷却至室温。 

对于管材环焊缝焊接，可采用中频感应炉的加热方式，参照塔形容器的方法进行。 

Claims (3)

1.一种低焊接残余应力的焊接工艺方法，将焊接件整体或焊道局部加热，其特征在于在对焊缝区和近焊缝区持续加热的条件下对焊接件的焊缝进行焊接，焊后，在保温层保护下冷却。

2.如权利要求1中所述的低焊接残余应力的焊接工艺方法，其特征在于将焊接件的焊缝区和近焊缝区由电加热器进行加热，加热温度为500℃～700℃，焊后，在石棉被保护下冷却至室温。

3.如权利要求2中所说的低焊接残余应力的焊接工艺方法，其特征在于所说焊接件焊缝区和近焊缝区的温度梯度为零或接近为零，所说的焊缝区和近焊缝区的宽度为消除焊接残余应力局部热处理宽度的二倍以上，焊接管件和容器的焊缝区和近焊缝区的宽度满足下述数学表达式：

$W\≥5\sqrt{\mathrm{Rh}}$

上式中W是距离焊缝中心一侧的加热宽度，

      R是管件或容器的半径，

      h是管件或容器的壁厚。

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