焊接应力的产生: 焊接中.焊缝处温度迅速升高,体积膨胀。热影响区温度低,阻碍焊 缝膨胀,结果焊缝处产生压应力,热影响区产生拉应力。热影响区产生拉应力。但此 时焊缝处于塑性状态,焊缝被压应力墩粗,松弛了此应力。 焊后冷却后,热影响区冷却速度快,很快进入弹性状态,焊缝处温度高,处于塑性状态。这是焊缝收缩,较热影响区收缩慢,焊缝阻碍热影响区收缩,焊缝仍受压应力,影响区受拉应力。但焊缝处于塑性状态,焊缝的塑性墩粗,松弛了此应力。 热影响区温度不断降低,冷却速度也变慢,当焊缝的冷却速度**热影响区时,焊 缝收缩较快,焊缝的收缩受到热影响区阻碍,应力方向发生了转变:焊缝受拉应力,热 影响区受压应力。当焊缝和热影响区都进入弹性状态时,因焊缝温度高,冷却速度快, 收缩量大,热影响温度低,冷却速度低,收缩量小,焊缝收缩受到热影响区阻碍,结果 焊缝受拉应力,热影响区受压应力。此时没有塑性变形,这一对压应力,随着温度的降 低,焊缝收缩受阻碍越来越大,拉应力也越来越大,直至室温,拉应力可近似于屈服较 限。 综上所述,铸造.锻造.焊接等都必然产生残余应力。焊件沿焊缝纵向分布着近似于屈服 点的拉应力。而铸铁件由于石墨尖端的松弛,残余应力不高,其铸造应力范围列与表一。 各种铸铁件的铸造应力 单位:N/mm2 铸铁种类 灰铸铁 合金铸铁 蠕虫状石墨铸铁 球墨铸铁 残余应力 52.3 106.3 127-137.3 180 南京振动时效机 振动时效设备 去应力 二.时效方法简介 构件在冷热加工过程中,必然产生残余应力,因此消除残余应力的时效工序就十分必要了。 凡是能降低残余应力,使工件尺寸精度稳定的方法都叫"时效"。 时效方法有:热时效.振动时效.自然时效.静态过载时效.冲击时效等。后两种方法应用少不再讲述。 1.自然时效 自然时效是较古老的时效方法。它是把构件露天放置于室外,经过几个月至几年的风吹. 日晒.雨淋.和季节的温度变化,给构件多次造成反复的温度应力。再温度应力形成的过载下,促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。 自然时效降低的残余应力不大,但对工件尺寸稳定性很好,原因是工件经过长时间的放置,石墨尖端及其他线缺陷尖端附近产生应力集中,发生了塑性变形,松弛了应力,同时也强化了这部分基体,于是该处的松弛刚度也提高了,增加了这部分材质的抗变形能力, 自然时效降低了少量残余应力,却提高了构件的松弛刚度,对构件的尺寸稳定性较好,方法简单易行,但生产周期长.占用场地大,不易管理,不能及时发现构件内的缺陷,已逐渐被淘汰。 2.热时效 热时效是将构件由室温缓慢.均匀加热至550℃左右,保温4-8小时,再严格控制降温速度至150℃以下出炉。 热时效工艺要求是严格的,如要求炉内温差不大于±25℃,升温速度不大于50℃/小时,降温速度不大于20℃/小时。炉内较高温度不许**过570℃,保温时间也不易过长,如果温度**570℃,保温时间过长,会引起石墨化,构件强度降低。如果升温速度过快,构件在升温中薄壁处升温速度比厚壁处快的多,构件各部分的温差急剧增大,会造成附加温度应力。如果附加应力与构件本身的残余应力叠加**过强度极限,就会造成构件开裂。 热时效如果降温不当,会使时效效果大为降低,甚至产生与原残余应力相同的温度应力(二次应力),并残留在构件中,从而破坏了已取得的热时效效果。 南京振动时效机 振动时效设备 去应力 降温速度对消除残余应力的影响 降低温度速度℃/小时 残余应力消除的百分数(%) 130 6-27 50 40-50 30 50-80 注:炉内温度差不大于25℃ 热时效存在的问题: 1) 建窑占地面积大,费用高(每立方米1-1.2万元)。 2) 热时效能耗高,生产成本高。 3) 热时效炉内温度不均匀,升降温速度无法严格控制。 热时效工件在炉内不同位置消除应力的测试结果 序号 工件在炉 残余应力的大小 (kgf/mm2) 内的位置 时效前 时效后 应力消除的百分比( % ) σ1 σ2 σ1 σ2 σ1 σ2 σ1σ2平均 1 炉前段 10.4 7.9 6.6 6.2 36.7 21.4 29.1 2 炉中部 10.4 7.9 5.1 1.6 51.2 79.6 65.4 3 炉门处 10.4 7.9 9.1 8.1 12.6 -2.4 5.1 可见:同一炉内,热时效消除应力不均匀。 4) 热时效劳动强度大,污染严重,目前大部已被振动时效代替。