不锈钢三通、不锈钢管帽、不锈钢弯头等不锈钢管件焊接应力和变形产生的根本原因是不均匀加热和冷却
不锈钢管件产生焊接应力和变形的根本原因,是由于不锈钢弯头、不锈钢三通等不锈钢管件的不均匀加热和冷却。
焊接不锈钢弯头、不锈钢三通、不锈钢管帽时,由于不均匀的加热和冷却,不锈钢管件可产生三种类型的内应力,这些内应力都可能引起焊件的变形。
(一)焊接后不锈钢弯头的热应力
在焊接过程中,不锈钢弯头本身特别是焊缝和热影响区不断受到加热和冷却作用,由于焊接热源具有热量集中和不断运动的特点,所以不锈钢弯头焊缝地区和热影响区各部分的加热与冷却过程并不是均匀进行的,而是有很大差异,这就引起了焊缝和热影响区各部分热胀冷缩的程度不同,因而在不锈钢管内部产生了应力和变形。通常把这种在焊接加热和冷却过程中产生的应力称为温度应力或热应力。
如在一个不锈钢弯头上进行堆焊,假若这个弯头是由许多平行于焊缝并可以自由收缩的板条组成,当弯头受热伸长时(伸长多少与温度的高低成正比),弯头中并不会产生应力。可是实际上不锈钢弯头是一个整体,各小板条之间是互相结合、互相约束的,温度高而伸长大的板条,要受到温度低而伸长小的板条的压缩;而温度低伸长小的板条,要受到温度高伸长大的板条的拉伸。堆焊部分的不锈钢管伸长时,要受到附近不锈钢对它的压缩应力。当温度继续升高时,压缩应力继续增加。另外不锈钢弯头随温度升高屈服强度不断降低,在600℃左右屈服强度几乎接近于零。因此,堆焊部分的不锈钢管件在压缩应力作用下,就产生了塑性变形。冷却的过程中,由于堆焊部分的金属的收缩,而使内部的压缩应力逐渐消失,但是在高温下产生的压缩变形却被保留下来。即堆焊部分的不锈钢管帽冷却下来后比原来长度要缩短。可是在缩短过程中,受到了原来未被加热部分的不锈钢的约束,使堆焊部分的不锈钢管件受到了拉伸应力。从上面分析可以看出:不锈钢管帽局部的不均匀加热是管帽产生内应力和变形的主要原因。
(二)熔池的凝缩应力
不锈钢管件焊接熔池在凝固和冷却过程中,体积要发生收缩,但是这种收缩受到了原来未被加热部分不锈钢管帽的约束,这样在管帽中就产生了应力和变形。通常把这种由于焊接熔池冷凝收缩所引起的应力称为凝缩应力。
(三)焊接接头的组织应力
在焊接过程中,不锈钢管帽焊缝及热影响区金相组织都要发生转变。由于金相组织不同,它的密度便不同,所以就要发生体积的变化。这种体积的改变,当受到阻碍时,便会在不锈钢管件内部产生应力。通常把这种应力称为组织应力。