高速紙機(jī)是生產(chǎn)加工生活用紙、辦公用紙的機(jī)械設(shè)備，本文對(duì)高速紙機(jī)干燥部機(jī)架焊接所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力進(jìn)行分析，了解焊接殘余應(yīng)力的危害及產(chǎn)生的原因，并選出合適的方法消除焊接殘余應(yīng)力。

焊接殘余應(yīng)力的危害

高速紙機(jī)干燥部機(jī)架在焊接過(guò)程中，焊接殘余應(yīng)力的危害主要有以下幾個(gè)方面：①殘余拉應(yīng)力降低機(jī)架的疲勞強(qiáng)度。焊接殘余應(yīng)力是焊件產(chǎn)生變形、開(kāi)裂等工藝缺陷的主要原因。由于烘缸等部件轉(zhuǎn)速較高，必須考慮疲勞強(qiáng)度。②當(dāng)機(jī)架的外載荷應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力疊加達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，將產(chǎn)生局部塑性變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度降低。③對(duì)機(jī)架加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響。機(jī)架在機(jī)加工時(shí)，由于內(nèi)應(yīng)力重新分布，會(huì)產(chǎn)生變形，從而影響加工精度。同時(shí)，殘余應(yīng)力具有不穩(wěn)定性，會(huì)隨時(shí)間的推移而變化，在紙機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，引起機(jī)架形狀和尺寸的變化。

焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

焊接殘余應(yīng)力是多種因素交互作用的結(jié)果，焊接時(shí)局部不均勻的熱輸入是產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力的決定因素。焊接后冷卻時(shí)，熱影響區(qū)冷卻快，迅速進(jìn)入彈性狀態(tài)，而焊接區(qū)溫度高，處于塑性狀態(tài)。此時(shí)，焊接區(qū)收縮較熱影響區(qū)慢，焊接區(qū)阻礙熱影響區(qū)收縮。焊接區(qū)仍受壓力，熱影響區(qū)受拉應(yīng)力，但焊接區(qū)處于塑性狀態(tài)，松弛了此應(yīng)力。隨著熱影響區(qū)溫度不斷降低，冷卻速度變慢。當(dāng)焊接區(qū)冷卻速度高于熱影響區(qū)時(shí)，焊接區(qū)收縮較快，熱影響區(qū)阻礙了它的收縮，應(yīng)力方向發(fā)生變化，焊接區(qū)受拉應(yīng)力，熱影響區(qū)受壓應(yīng)力。

焊接殘余應(yīng)力消除方法

殘余應(yīng)力的存在對(duì)紙機(jī)的正常運(yùn)行構(gòu)成了巨大隱患，必須設(shè)法消除。消除殘余應(yīng)力的方法有很多種，但在機(jī)械制造領(lǐng)域中，應(yīng)用*廣泛的就是熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效。但熱時(shí)效成本高、污染嚴(yán)重、不適用于大型零件，所以選擇了振動(dòng)時(shí)效工藝去除高速紙機(jī)干燥部機(jī)架的焊接殘余應(yīng)力。

振動(dòng)處理是對(duì)構(gòu)件施加交變應(yīng)力，如果交變應(yīng)力與構(gòu)件上某些點(diǎn)所存在的殘余應(yīng)力之和達(dá)到材料的屈服極限，這些點(diǎn)將產(chǎn)生塑性變形。如果這種循環(huán)應(yīng)力使某些點(diǎn)產(chǎn)生晶格滑移，即使宏觀上沒(méi)有達(dá)到材料的屈服極限，也同樣會(huì)產(chǎn)生微觀的塑性變形，況且這些塑性變形往往首先發(fā)生在殘余應(yīng)力*大的點(diǎn)上。因此，使這些點(diǎn)受約束的變形得以釋放從而降低殘余應(yīng)力，這就是采用振動(dòng)時(shí)效消除殘余應(yīng)力的原理。

振動(dòng)時(shí)效去應(yīng)力效果與動(dòng)應(yīng)力大小、作用時(shí)間有關(guān)。根據(jù)對(duì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的試驗(yàn)結(jié)果分析，試樣在動(dòng)載下塑性應(yīng)變積累量與殘余應(yīng)力的下降量有關(guān)，表明當(dāng)動(dòng)應(yīng)力大于10MPa就有去應(yīng)力效果，且動(dòng)載的前期效果遠(yuǎn)優(yōu)于后期。這表明在振動(dòng)應(yīng)力足夠大時(shí)不需要太長(zhǎng)的振動(dòng)時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中，10-20min即可。

在振動(dòng)時(shí)效處理過(guò)程中，振動(dòng)器施加給工件周期變動(dòng)的激振力使工件產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力，這是降低殘余應(yīng)力的決定性參數(shù)，動(dòng)應(yīng)力必須與殘余內(nèi)應(yīng)力疊加后產(chǎn)生塑性變形才能起到降低應(yīng)力的作用。如果工件殘余應(yīng)力較小，則需選用足夠大的動(dòng)應(yīng)力才能降低殘余應(yīng)力；反之，當(dāng)殘余內(nèi)應(yīng)力較大時(shí)，就可以選擇較小的動(dòng)應(yīng)力。此外，還要注意，殘余應(yīng)力與附加動(dòng)應(yīng)力疊加后的*大值不得超過(guò)振動(dòng)或工作時(shí)的疲勞極限，否則在振動(dòng)過(guò)程中或工作過(guò)程中會(huì)發(fā)生破壞。所以要將激振力控制在一定的范圍內(nèi)。

在各種頻率的加載形式中，在零件的固有頻率下進(jìn)行振動(dòng)是經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的，得到的附加應(yīng)力也*大，即在共振區(qū)激振，殘余應(yīng)力下降最多。

經(jīng)過(guò)振動(dòng)時(shí)效的機(jī)架焊接殘余應(yīng)力可以消除50%，高應(yīng)力區(qū)消除率比低應(yīng)力區(qū)大。構(gòu)件經(jīng)過(guò)振動(dòng)時(shí)效后，可以提高使用壽命，降低應(yīng)力腐蝕。與熱時(shí)效相比，可以防止或減少由于熱處理、焊接等工藝過(guò)程造成的微觀裂紋的產(chǎn)生。