導(dǎo)語：如何才能寫好一篇焊接應(yīng)力，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

（沈陽理工大學(xué)，遼寧 沈陽 110159）

由于高度集中的瞬時(shí)熱輸入，在焊接過程中以及焊后將產(chǎn)生非常大的焊接應(yīng)力與變形。焊接應(yīng)力與變形的計(jì)算是以焊接溫度場的分析為基礎(chǔ)的，同時(shí)也考慮到了焊接區(qū)組織轉(zhuǎn)變對于應(yīng)力-應(yīng)變場所帶來的影響。熱彈塑性分析是在焊接熱循環(huán)的過程中通過一步步跟蹤熱應(yīng)變行為來計(jì)算熱應(yīng)力與應(yīng)變的。隨著大型有限元軟件的開發(fā)并在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果，這種方法被越來越多的學(xué)界學(xué)者所采用。本文也是基于這一理論，借助于有限元軟件[28]在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對焊接應(yīng)力與變形的模擬研究。

1　熱彈塑性分析的特點(diǎn)和假定

熱彈塑性問題是一個(gè)熱力學(xué)問題。作為熱力學(xué)系統(tǒng)的焊接材料，其自由能密度不僅與應(yīng)變有關(guān)，而且還與溫度有關(guān)。也就是說，力學(xué)平衡方程中有與溫度有關(guān)的項(xiàng)。從能量上看，輸入的熱能在使焊接材料溫度上升的同時(shí)，還由于結(jié)構(gòu)的膨脹變形做功而消耗一部分。這時(shí)，在熱傳導(dǎo)平衡方程中，要增加與應(yīng)力有關(guān)的項(xiàng)。因此，嚴(yán)格的說，溫度場與應(yīng)力場是相互耦合的。不過這種禍合效果除個(gè)別特殊情況外，一般都很小，而且焊縫附近的溫度變化很大，材料的各種物理性能也相應(yīng)變化很大，這種影響與上述耦合效應(yīng)相比要大得多。所以就焊接的熱彈塑性而言，取非耦合的應(yīng)力場和溫度場是合適的[28]。

在熱彈塑性分析時(shí)有如下一些假定：

（1）材料的屈服服從米賽斯(Von Mises)屈服準(zhǔn)則；

（2）塑性區(qū)內(nèi)的行為服從塑性流動準(zhǔn)則和強(qiáng)化準(zhǔn)則；

（3）彈性應(yīng)變、塑性應(yīng)變與溫度應(yīng)變是不可分的；

（4）與溫度有關(guān)的力學(xué)性能、應(yīng)力應(yīng)變在微小的時(shí)間增量內(nèi)線性變化。

2　屈服準(zhǔn)則

屈服準(zhǔn)則是一個(gè)可以用來與單軸測試的屈服應(yīng)力相比較的應(yīng)力狀態(tài)的標(biāo)量表示。因此，知道了應(yīng)力狀態(tài)和屈服準(zhǔn)則，程序就能確定是否有塑性應(yīng)變產(chǎn)生。在多軸應(yīng)力狀態(tài)下，屈服準(zhǔn)則[29]可以用下式來表示：

σe=f（{σ}）=σy（1）

式中：σe—— 等效應(yīng)力；σy——屈服應(yīng)力。

當(dāng)材料的等效應(yīng)力超過材料的屈服應(yīng)力時(shí)，將會發(fā)生塑性變形。Von Mises屈服準(zhǔn)則是一個(gè)十分通用的屈服準(zhǔn)則，尤其適用于金屬材料。對于Von Mises屈服準(zhǔn)則，其等效應(yīng)力[26]為:

式中：σ1，σ2，σ3 —— 三個(gè)主應(yīng)力。

3　流動準(zhǔn)則

流動準(zhǔn)則描述了發(fā)生屈服時(shí)，塑性應(yīng)變的方向，也就是說，流動準(zhǔn)則定義了單個(gè)塑性應(yīng)變分量隨著屈服是怎樣發(fā)展的。流動準(zhǔn)則[29]由以下方程給出：

式中：λ——塑性乘子（決定了塑性應(yīng)變量）；

Q——塑性勢，是應(yīng)力的函數(shù)（決定了塑性應(yīng)變方向）。

流動方程是塑性應(yīng)變在垂直于屈服面的方向發(fā)展的屈服準(zhǔn)則中推導(dǎo)出來的，即Q等于屈服函數(shù)，這種流動準(zhǔn)則叫作關(guān)聯(lián)流動準(zhǔn)則，如果使用其它的流動準(zhǔn)則，則叫作不關(guān)聯(lián)的流動準(zhǔn)則[30]。

4　強(qiáng)化準(zhǔn)則

篇2

[關(guān)鍵詞]鋼結(jié)構(gòu) 組裝 焊接 變形 應(yīng)力 矯正

中圖分類號：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）46-0233-01

1、焊接應(yīng)力與釋放概述

1.1焊接應(yīng)力概述

焊接應(yīng)力：是焊接過程中焊件內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力。它是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，形成裂紋的主要原因。焊接應(yīng)力可分為瞬態(tài)熱應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。焊接應(yīng)力的危害可從兩方面考慮：

（1）對結(jié)構(gòu)完整性的影響

焊接熱應(yīng)力可促使焊縫產(chǎn)生熱裂紋，殘余應(yīng)力導(dǎo)致焊后延遲裂紋的形成。

（2）對結(jié)構(gòu)服役性能的影響

焊接殘余應(yīng)力可以加速疲勞破壞，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂（包括硫化物引起的開裂和堿脆破壞），產(chǎn)生低溫脆斷破壞，促進(jìn)材料的腐蝕磨損等，壓縮殘余應(yīng)力還會造成薄板結(jié)構(gòu)或細(xì)長桿件的壓曲失穩(wěn)，產(chǎn)生面外變形。

1.2.應(yīng)力釋放

應(yīng)力釋放（stress relief）是指物體內(nèi)某一點(diǎn)的應(yīng)力由于釋放能量而降低的現(xiàn)象；確切地說是能量釋放。應(yīng)力釋放一般有兩種情況：其一，在應(yīng)力集中的部位，如斷裂端點(diǎn)和交叉部位等處發(fā)生形變或破壞，導(dǎo)致應(yīng)力釋放。其二，并非應(yīng)力集中的地區(qū)巖質(zhì)相變、巖石力學(xué)性質(zhì)變化或其他原因，致使強(qiáng)度降低，也會發(fā)生形變或破壞，造成應(yīng)力釋放。

2、焊接應(yīng)力減小與釋放的研究

在焊接過程當(dāng)中，由于焊接點(diǎn)的好壞，往往會出現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力和殘存變形將影響構(gòu)件的受力和使用，并且是形成各種焊接裂紋的因素之一，應(yīng)在焊接、制造和設(shè)計(jì)時(shí)加以控制和重視。因此在焊接大型鋼結(jié)構(gòu)屋架的時(shí)候，由于我們需要對焊接應(yīng)力進(jìn)行詳細(xì)的分析與研究，將焊接應(yīng)力所產(chǎn)生的影響降低到最小的限度。一般來說，焊接的方式主要分為幾種，熱時(shí)效、加載法、超聲沖擊與錘擊。以下就這幾種方式進(jìn)行探討。

2.1.大型鋼屋架不應(yīng)采用熱時(shí)效方法

對重要焊接構(gòu)件先進(jìn)行整體熱時(shí)效，然后在現(xiàn)場與其它構(gòu)件進(jìn)行組合拼焊的工藝是建筑鋼結(jié)構(gòu)制造常采用的方法。在焊接很多大型鋼結(jié)構(gòu)建筑物的時(shí)候，我們一般都是采用整體熱時(shí)效，然后運(yùn)現(xiàn)場拼焊。采用盲孔法殘余應(yīng)力測量技術(shù)對轉(zhuǎn)換柱熱時(shí)效工藝效果，通過熱時(shí)效的焊接方式，可以具有焊縫去氫、恢復(fù)塑性和消應(yīng)力三重功能。在焊接過程當(dāng)中，一般認(rèn)為熱時(shí)效的消應(yīng)力效果為40-80%，能有效的保證焊接的效果完整。

但是對于本論文案例――大型鋼結(jié)構(gòu)屋架來說，在現(xiàn)場采用的拼焊的方式，很容易導(dǎo)致殘余的應(yīng)力依然保存在鋼的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，無法再焊接的過程中消除，加上現(xiàn)場無法采用進(jìn)一步的熱時(shí)效的方式對屋架進(jìn)行處理，僅采用局部的熱時(shí)效無法達(dá)到消除整個(gè)殘余應(yīng)力的要求，加上局部的熱效應(yīng)在加熱的邊緣還會出現(xiàn)新的殘余應(yīng)力無法得到清除。因此現(xiàn)場采用局部熱時(shí)效的方式建議在焊接過程當(dāng)中作為焊接小型的鋼材為主。焊接大型鋼結(jié)構(gòu)的屋架建議考慮其它補(bǔ)充、替代工藝。

2.2.建議采用加載法

加載法就是通過不同方式在構(gòu)件上施加一定的拉伸應(yīng)力，使焊縫及其附近產(chǎn)生拉伸塑性變形，與焊接時(shí)在焊縫及其附近所產(chǎn)生的壓縮塑性變形相互抵消一部分，達(dá)到松馳應(yīng)力的目的。這種方式可以在一定程度上進(jìn)行進(jìn)行大型鋼結(jié)構(gòu)屋架的焊接。由于在焊接前先將所焊接的鋼彩進(jìn)行拉伸。在焊接完畢之后，鋼材能夠在恢復(fù)時(shí)抵消焊接應(yīng)力的影響，并且能夠有一定的伸縮度，提高屋頂?shù)某兄啬芰?。因此焊接大型鋼結(jié)構(gòu)屋架應(yīng)該主要采用這種方式。

2.3.焊接過程中補(bǔ)充使用超聲沖擊與錘擊的方法

超聲沖擊消應(yīng)力技術(shù)由烏克蘭巴頓焊接研究所提出，近年引入我國，已在北京電視臺鋼結(jié)構(gòu)立柱上進(jìn)行過試驗(yàn)。超聲沖擊消應(yīng)力工藝的特點(diǎn)是：在超聲頻率（≥16KHz）下應(yīng)用束狀沖頭，在對焊趾和焊縫表面進(jìn)行沖擊；從實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來看：

⑴超聲沖擊對一定深度的表層有消應(yīng)力的效果，在采用對焊道全覆蓋沖擊時(shí)，被沖擊的表面會形成壓應(yīng)力，對2～4mm深度層消應(yīng)力效果可達(dá)34～55%。

⑵采用焊趾沖擊法，可以快速修復(fù)焊趾的缺陷，降低應(yīng)力集中。并伴隨其壓應(yīng)力區(qū)的作用可以在一定程度上降低焊趾邊未受沖擊焊縫的殘余應(yīng)力，下降率達(dá)19%，對提高接頭的疲勞壽命有明顯作用。

⑶由于沖擊工藝處理的特點(diǎn)，僅可以用于沖擊工具可達(dá)的外表面，其工作效率約為1200mm2/min。

沖擊工藝一般采用的應(yīng)壓力的方式將焊接應(yīng)力隨著振動的方式進(jìn)行消除，這種工藝一般適用于短焊接的局部處理。例如修補(bǔ)焊接口，小配件焊接方式等。焊接后容易產(chǎn)生延遲冷裂紋的情況。因此在屋架焊接上可以采用于一些零件搭配焊接的方面。

3、結(jié)束語

從上述分析我們可以知道，在焊接的過程當(dāng)中會出現(xiàn)焊接應(yīng)力來影響整個(gè)焊接的結(jié)果，因此在焊接之前，認(rèn)真了解所焊接的工藝屬于什么類型的產(chǎn)品和焊接的方法等，就能夠在焊接過程當(dāng)中最大限度的消除焊接應(yīng)力。

⑴ 建筑屋架鋼結(jié)構(gòu)焊后存在高的殘余應(yīng)力，時(shí)效工藝可以明顯降低應(yīng)力水平，對安全性及使用壽命帶來好處。

⑵ 上述消應(yīng)力工藝皆可應(yīng)用于大型鋼結(jié)構(gòu)屋架：其中熱時(shí)效可作為重要零部件的整體消應(yīng)力工藝；加載法、超聲沖擊、錘擊可作為現(xiàn)場拼焊后的消應(yīng)力和控制應(yīng)力集中的工藝；加載法可更廣泛地滿足現(xiàn)場拼焊控制殘余應(yīng)力的要求。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張幸，劉曉麗，安珍仙.焊接應(yīng)力對構(gòu)件的危害及消除[J].摩托車技術(shù). 2010（02）.

篇3

關(guān)鍵詞：焊接應(yīng)力，焊接變形，消除，控制

Abstract: in the welding process, the influence of various factors, make welding structure can produce and internal stress and deformation. This paper expounds the reasons of the welding stress, some kind of control and eliminate the welding stress measures, as well as the welding deformation control and correction method.

Key words: the welding stress, deformation, eliminate, control

中圖分類號： U445.58+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

目前，國內(nèi)外的工程結(jié)構(gòu)大都屬于焊接結(jié)構(gòu)。焊接工藝直接關(guān)系到工程質(zhì)量。而焊接應(yīng)力是焊接裂紋及變形產(chǎn)生的原因，因此為了避免焊接結(jié)構(gòu)破壞，因盡量減小和消除焊接應(yīng)力。

1. 焊接應(yīng)力的產(chǎn)生及危害

焊接過程中焊接件熱量傳輸?shù)牟黄胶猱a(chǎn)生不均勻的溫度場，使材料產(chǎn)生不均勻的膨脹與收縮，從而形成內(nèi)應(yīng)力場。此外，焊件在熱循環(huán)的作用下，焊縫內(nèi)部金屬組織發(fā)生變化，產(chǎn)生相變應(yīng)力。持此之外，剛性固定以及焊接件之間相互關(guān)聯(lián)，也會產(chǎn)生焊接應(yīng)力。室溫下，殘存于焊接件中的內(nèi)應(yīng)力影響焊接結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、受壓穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性和加工精度等。

2. 控制焊接應(yīng)力的措施

2.1 設(shè)計(jì)合理的焊接順序

2.1.1 間斷后退法

常用于較短裂紋的焊縫。施焊前把焊縫分成適當(dāng)?shù)男《?，?biāo)明次序，進(jìn)行間斷焊接。焊縫邊緣區(qū)段的焊接，從終端向中心方向進(jìn)行，其他各區(qū)段接首尾相接的方法進(jìn)行，如圖1所示。

圖 1

2.1.2 先錯(cuò)開后直通法

對于交叉焊縫的焊接，如果焊接順序選擇不當(dāng)，容易造成三向應(yīng)力狀態(tài)。一般優(yōu)先選擇先焊錯(cuò)開的短焊縫，后焊直通的長焊縫。

2.1.3 間斷逆向?qū)ΨQ法

此法多用于較長裂紋的焊縫。同樣將焊縫分成若干對稱小段，標(biāo)明次序，進(jìn)行焊接。

圖 2

2.2 預(yù)熱法

焊接前對焊接件進(jìn)行預(yù)熱，不僅可以減少內(nèi)應(yīng)力，而且也是一種減少變形的好方法。焊前將焊件整體或一部分加熱，降低焊接過程中的溫度場的不平衡性從而減小焊接應(yīng)力。焊件是否需要預(yù)熱，需要綜合考慮焊件材料的成分、厚度和結(jié)構(gòu)鋼都等因素。

在焊接中、高碳鋼、合金鋼、鑄鐵等材料時(shí)經(jīng)常采用預(yù)熱法。低碳鋼和有色金屬的塑性較好，只有對大截面零件進(jìn)行焊接和在氣溫較低的情況下焊接時(shí)才進(jìn)行預(yù)熱。高碳鋼視含碳量不同，可以預(yù)熱到300℃以上，鑄鐵零件則應(yīng)預(yù)熱到600℃上。焊件越厚、剛度越大的焊接結(jié)構(gòu)，越需要預(yù)熱。因?yàn)楹讣胶?，熱量散失越快，冷卻速度高，需要預(yù)熱減緩冷卻速度。焊接結(jié)構(gòu)剛度越大，焊縫收縮所受到的制約也越大，焊接應(yīng)力越大，采用預(yù)熱法可以降低焊接應(yīng)力。

2.3 合理選擇焊接規(guī)范

合理選擇焊接規(guī)范，對減少焊件變形影響很大。如隨著電流強(qiáng)度的增加，焊件變形相應(yīng)增大。為了盡量焊接過程中的熱影響，根據(jù)實(shí)際情況，合適的情況下采用小直徑焊條和小電流焊接，可以減少焊接殘余應(yīng)力。

消除焊接應(yīng)力的方法

3.1 熱處理法

整體熱處理：消除應(yīng)力的程度主要決定于材質(zhì)的成分、組織、加熱溫度和保溫時(shí)間。低碳鋼及部分低合金鋼焊接構(gòu)件在650度，保溫20~40h，可基本消除全部殘余應(yīng)力。

局部熱處理：大型焊接結(jié)構(gòu)，受加熱爐的限制或要求不高時(shí)采用這種方法?？刹捎没鹧妗⒓t外、電阻、感應(yīng)等加熱方式，應(yīng)保持均勻加熱并具有一定的加熱寬度。低合金高強(qiáng)鋼，一般在焊縫兩側(cè)各100-200mm。

3.2 機(jī)械錘擊法

在長焊縫焊接過程中，趁著焊縫和堆焊層在赤熱狀態(tài)，用手錘敲打，可以抵消焊縫的收縮和減少內(nèi)應(yīng)力，減小或矯正變形。錘擊施焊部位，可以提高金屬的機(jī)械性能和耐蝕性。延展性能較好的金屬，采用這個(gè)方法效果較好。對于底層和表面層的焊縫一般不錘擊。錘擊時(shí)必須注意選擇合適的溫度范圍。比如鋼鐵材料溫度在300℃-500℃時(shí)有藍(lán)脆性，也不能進(jìn)行錘擊。鋁加熱到400℃-500℃時(shí)，強(qiáng)度幾乎喪失，此時(shí)，錘擊會損壞焊件。含磷高的鋼鐵材料，冷態(tài)錘擊時(shí)也易產(chǎn)生裂紋。

3.3 振動時(shí)效法

振動時(shí)效作為目前比較常用的一種時(shí)效方式，已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于各個(gè)機(jī)械制造行業(yè)。振動時(shí)效適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬等材質(zhì)的焊接結(jié)構(gòu)；可插在任何工序之間多次處理；幾十米長、數(shù)百噸重、上千條焊縫的工件都可適用。 具有低能耗、短周期、無污染等優(yōu)點(diǎn)。

4. 焊接變形的控制及矯正方法

4.1 剛性加固法

剛度大的焊件，焊后變形一般都較小。因此，施焊前如果加強(qiáng)焊件的剛性，則可防止被焊件在焊接時(shí)產(chǎn)生變形。對于壁厚小于等于2mm的薄壁零件和折斷零件的焊接，常需加以剛性固定，以防變形或錯(cuò)位。固定的方法有很多形式，有時(shí)采用專用的焊接夾具，有時(shí)點(diǎn)焊固定在剛性工作臺上，有時(shí)利用焊件本身構(gòu)成剛性結(jié)構(gòu)。

4.2 反變形法

預(yù)加反變形法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和焊件金屬性質(zhì)，預(yù)先憑經(jīng)驗(yàn)估計(jì)出焊修后發(fā)生變形的方向和收縮量，在焊修前，將工件用機(jī)械方法預(yù)先使焊件向相反方向變形，或?qū)⒑讣贾贸上喾吹奈恢?，使焊修后的變形恰好和預(yù)變形抵消，達(dá)到所需要的正常狀態(tài)。

4.3 合理控制焊接線能量

焊接線能量是一個(gè)非常重要的參數(shù)，對焊接變形有著明顯的影響。焊接過程中，線能量的提高會導(dǎo)致變形程度的增大。所以在保證焊接質(zhì)量的前提下，選擇盡可能小的線能量。因此恰當(dāng)?shù)暮附悠驴谛问接葹橹匾?。在保證焊接質(zhì)量的前提下，破口應(yīng)盡可能小，甚至不開坡口，比如超窄間隙的焊接，線能量很小，熱輸入小，很好地控制了焊接變形。

4.4 矯正法

整體熱矯正是指將整體構(gòu)件加熱至鍛造溫度以上再進(jìn)行矯正的方法,可用以消除較大的形狀偏差。但是焊后整體加熱容易引起冶金方面的副作用,限制了該方法的進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。

局部熱矯正多采用火焰對焊接構(gòu)件局部加熱,在高溫處,材料的熱膨脹受到構(gòu)件本身剛性制約,產(chǎn)生局部壓縮塑性變形,冷卻后收縮,抵消了焊后部位的伸長變形,達(dá)到矯正目的,火焰加熱法采用一般的氣焊焊炬,不需要專門的設(shè)備,方法簡便靈活,因此在生產(chǎn)上廣為應(yīng)用。

篇4

關(guān)鍵詞：焊接應(yīng)力；化工；機(jī)械設(shè)備；危害；辦法

焊接的過程主要通過局部加熱進(jìn)行。焊接變形指的是由局部的膨脹和收縮引起的整體形狀和尺寸的發(fā)生改變；內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因是焊接過程中焊件各部分變形幅度不同和焊件之間相互制約。焊接變形與內(nèi)應(yīng)力對產(chǎn)品的質(zhì)量和使用安全產(chǎn)生巨大的影響。

一、 焊接應(yīng)力及種類

焊接應(yīng)力包括在焊接結(jié)構(gòu)中由內(nèi)外因素而引起的拘束應(yīng)力和在焊接接頭中顯微缺陷處聚集擴(kuò)散氫形成的氫致局部應(yīng)力。焊接應(yīng)力的大小及分布受到焊件材料、焊接材質(zhì)、焊接方式、裝配焊接順序、焊接參數(shù)、焊接構(gòu)件的剛度以及外加的拘束程度等因素的影響。按照焊接應(yīng)力在空間的方向可以分為單向應(yīng)力、雙向應(yīng)力和三向應(yīng)力。薄板對接時(shí)，可以認(rèn)為是雙向應(yīng)力。三向應(yīng)力通常出現(xiàn)在3個(gè)方向焊縫的交叉處、大厚度焊件的焊縫以及存在裂紋、夾渣等缺陷處。三向應(yīng)力使材料的塑性降低、容易導(dǎo)致脆性斷裂，它是一種最危險(xiǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。常見的焊接應(yīng)力有縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力和厚度方向應(yīng)力。大量的研究表明，當(dāng)構(gòu)件經(jīng)受不均勻加熱時(shí)，會在局部區(qū)域產(chǎn)生塑性應(yīng)變。當(dāng)熱源撤離、構(gòu)件溫度恢復(fù)到原始的均勻狀態(tài)時(shí)，由于在構(gòu)件內(nèi)部發(fā)生了不可恢復(fù)的塑性變形，因而產(chǎn)生了相應(yīng)的危害。

熱應(yīng)力和組織應(yīng)力是根據(jù)產(chǎn)生焊接應(yīng)力的原因劃分的；縱向焊接應(yīng)力和橫向焊接應(yīng)力是根據(jù)焊接應(yīng)力作用的方向劃分的，具體來說，根據(jù)焊接應(yīng)力在空間方向的不同，又可分為單向應(yīng)力、雙向應(yīng)力和三向應(yīng)力。嚴(yán)格地說，焊件中的應(yīng)力應(yīng)為三向應(yīng)力。但對薄板，其焊接應(yīng)力主要為單向或雙向應(yīng)力。單向應(yīng)力對焊件的強(qiáng)度影響不大，有時(shí)不必消除；但若板厚大于25～30m m，則焊縫存在雙向或三向應(yīng)力，焊縫金屬的強(qiáng)度及沖擊值將顯著下降，因此應(yīng)采取一定的措施以減小和消除焊接應(yīng)力。

二、 焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因及危害

焊接應(yīng)力是焊接過程中焊件被加熱或冷卻時(shí)體積變化受阻而產(chǎn)生。在焊接過程中引起體積變化的主要原因是：由于溫度降低體積收縮和低溫時(shí)組織轉(zhuǎn)變而引起的體積變化。

（一）焊接應(yīng)力受組織轉(zhuǎn)變的影響

組織轉(zhuǎn)變發(fā)生在在焊縫金屬和熱影響區(qū)金屬的加熱和冷卻過程中。組織應(yīng)力是由于不同組織的不同密度，引起組織轉(zhuǎn)變過程中，焊縫區(qū)金屬的體積膨脹或收縮而產(chǎn)生的焊接應(yīng)力。

焊接應(yīng)力的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

①對焊接區(qū)金屬的抗疲勞強(qiáng)度和塑性產(chǎn)生不良影響 焊接區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)往往復(fù)雜多變，且峰值往往很高，在高應(yīng)力區(qū)常常發(fā)生過塑性拉伸，降低材料的塑性及工件的抗疲勞強(qiáng)度。這對承受動載荷的結(jié)構(gòu)危害很大。

②誘發(fā)焊接裂紋的產(chǎn)生 因受阻而發(fā)生焊接區(qū)收縮的拉應(yīng)變，當(dāng)其超出該材料的承受范圍時(shí)，則會在焊接區(qū)造成裂紋。

③對應(yīng)力腐蝕速度產(chǎn)生促進(jìn)作用 應(yīng)力腐蝕速度受到拉應(yīng)力的影響會加快。

④對焊件精度產(chǎn)生降低作用 在溫度、時(shí)間等的作用下焊接應(yīng)力會逐漸變低，這種降低容易造成焊接件的整體形狀、尺寸發(fā)生一些變化。

（二）熱收縮影響焊接應(yīng)力

在冷卻過程中，已凝固的焊縫金屬由于在垂直焊縫方向上產(chǎn)生較大的溫度差別，低溫區(qū)金屬限制高溫區(qū)金屬的收縮，在兩部分金屬中同時(shí)引起內(nèi)應(yīng)力結(jié)果就是，高溫區(qū)金屬內(nèi)部存在拉應(yīng)力，低溫區(qū)金屬內(nèi)部存在壓應(yīng)力。這種由于冷收縮受阻而產(chǎn)生的焊接應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。熱應(yīng)力是焊接應(yīng)力中最主要的形式。

四、降低和消除焊接應(yīng)力的對策

設(shè)計(jì)、工藝及焊后處理三方面是降低和消除焊接應(yīng)力的三大主要對策。

（一）設(shè)計(jì)方面

關(guān)鍵對焊縫進(jìn)行正確布置，降低應(yīng)力疊加，從而大大降低應(yīng)力峰值。

1.避免將焊縫設(shè)置在斷面劇烈過渡的區(qū)域。例如折邊封頭過渡區(qū)圓角半徑很小、非等厚連接處等斷面劇烈過渡區(qū)，都不適合進(jìn)行焊縫設(shè)置。斷面劇烈過渡區(qū)存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，斷面厚薄（粗細(xì)）懸殊會造成剛性差異和受熱差異懸殊，增大焊接應(yīng)力，故應(yīng)避免。當(dāng)不可避免時(shí)，可將厚件削薄實(shí)現(xiàn)等厚連接

2.在布置焊縫時(shí)盡可能分散，避免產(chǎn)生交叉。一般來說，筒體縱縫的間距要求大于1 0 0 m m。盡量避免使用交叉焊縫，以免三向應(yīng)力的產(chǎn)生。但并非完全不能采取交叉焊縫，在大型容器的制備過程中時(shí)，為采用自動化程度較高的工藝裝備，提高生產(chǎn)率，對那些塑性較好的材料（低碳鋼、16M n鋼等）也可采用十字交叉焊縫結(jié)構(gòu)。如對大型球形容器我國規(guī)定了兩種并行的焊縫拼接法。

3.對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，降低焊件局部剛性，從而降低焊接應(yīng)力。對于一些厚度大、剛性大的工件，為防裂可開圓槽。

（二）工藝方面

1.在焊前進(jìn)行預(yù)熱。通過預(yù)熱降低焊接時(shí)溫度差異，減緩冷卻速度，從而降低熱應(yīng)力。小件焊件可進(jìn)行整體預(yù)熱；對于尺寸較大的焊件，只能采用局部預(yù)熱，預(yù)熱部位應(yīng)在焊縫區(qū)以外。

2.對焊接順序進(jìn)行合理安排。焊接順序安排的基本原則是：在剛性較小的情況下進(jìn)行大多數(shù)焊縫的施焊，以便焊件的自由收縮，從而降低焊接的應(yīng)力；對于收縮量最大的焊縫，應(yīng)該現(xiàn)行焊接，如結(jié)構(gòu)中既有對接焊縫，又有角焊縫，應(yīng)先焊對接焊縫，后焊角接焊縫。

3.對焊縫進(jìn)行錘擊。在焊縫金屬的冷卻過程中，利用圓頭小錘對焊縫進(jìn)行輕輕的敲擊，拓展焊縫，可有效減少焊接應(yīng)力。

（二）焊后處理

1.機(jī)械拉伸的方法。加載完成焊接的結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力，使之接近屈服強(qiáng)度，最后進(jìn)行卸載，以達(dá)到部分消除焊接應(yīng)力的目的。如容器制造中的水壓試驗(yàn)。

2.焊后熱處理的方法。焊后熱處理是最常用的消除焊接應(yīng)力方的法，此方法是利用在高溫下材料屈服極限的減少，在應(yīng)力高的地方發(fā)生塑性流動，從而達(dá)到消除焊接應(yīng)力的目的。一般采用消除應(yīng)力退火。其規(guī)范視材料、板厚及預(yù)熱情況而異。焊后熱處理對消除焊接應(yīng)力雖有較好的效果，但應(yīng)注意對某些合金鋼，尤其是板厚較大時(shí)，易產(chǎn)生再熱裂紋。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞 焊接；殘余應(yīng)力；消除方法

中圖分類號 TG4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2015）145-0036-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展的越來越普及。焊接技術(shù)在對其他材料進(jìn)行加工的過程中，具備著節(jié)省原材料、擁有很好地封閉性、工序簡單等優(yōu)點(diǎn)，而且還能夠制造出很多其它工藝技術(shù)不能完成的任務(wù)。但是，焊接也存在著一些問題，其中最主要的就是由于在焊接過程中出現(xiàn)溫度場而受熱應(yīng)變形成的殘余應(yīng)力。在日常調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，焊接殘余應(yīng)力會在很大程度上影響部件的承載力，所以，必須要想辦法消除焊接殘余應(yīng)力，提高部件焊接精度的同時(shí)，還能增加部件的承載力。

1 焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

1.1 塑性壓縮造成的縱向殘余應(yīng)力

在焊接的過程中，由于溫度上的差距，焊縫及其周圍都會受到因熱膨脹和周圍溫度較低的金屬的拘束，從而產(chǎn)生壓縮塑性應(yīng)變。當(dāng)焊接完成之后，溫度驟減，母性材料就會制約著焊縫和近縫區(qū)域之間的收縮，這就在很大程度上導(dǎo)致了殘余應(yīng)力的存在。并且殘余應(yīng)力的范圍將會和高溫環(huán)境下造成的塑性范圍相一致，彈性拉伸區(qū)域和殘余拉應(yīng)力也是相對應(yīng)的。從這些都可以看出來，塑性壓縮就是造成焊接過程中縱向殘余應(yīng)力的主要

原因。

1.2 塑性壓縮的應(yīng)變導(dǎo)致的橫向殘余應(yīng)力

塑性壓縮的應(yīng)變，除了能夠說成是造成縱向殘余應(yīng)力的主要原因，同時(shí)也能理解為造成橫向殘余應(yīng)力的原因之一，但是造成橫向殘余應(yīng)力的主要原因是母材的收縮。當(dāng)對母材進(jìn)行焊接時(shí)，母材會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，并且當(dāng)焊接縫的金屬材料逐漸形成固體時(shí)，膨脹中的母材必定會受到壓縮，這種塑性壓縮是橫向收縮中的重要的一部分，焊縫自身那一小部分收縮僅僅只占到橫向收縮的十分之一左右。主要的橫向收縮那部分存在于焊接縫沿著焊縫軸線進(jìn)行切割后的中心區(qū)域，那才是拉應(yīng)力中的橫向應(yīng)力。

2 降低殘余應(yīng)力的對策

2.1 科學(xué)、合理的編排焊接順序

這樣做的主要原因就是要使得焊接時(shí)盡可能的讓焊縫自由的收縮，減少更多的外界影響因素。在這種合理的順序下，首先就是要焊一處收縮量相對比較大的焊接縫，保證焊接縫在自身結(jié)構(gòu)總體剛性相對較弱的情況下能夠自由的收縮，減少其他物質(zhì)的限制。接下來就是焊接一處互相錯(cuò)開、互不影響的焊接縫，最后就是焊接直通的焊接縫。上面說的只是一般簡單的焊接，如果遇到相對較麻煩的焊接，比如交叉焊縫接頭，那就要按照一定的順序來進(jìn)行焊接。按照受力的大小進(jìn)行先后焊接，受力比較大的先進(jìn)行焊接，這樣合理的安排焊接順序，可以盡可能地避免各處焊縫受力不均的現(xiàn)象出現(xiàn)，確保了焊縫的科學(xué)、合理、有效的分布。

2.2 采用預(yù)熱緩冷法

采用該種方法主要就是為了減小焊接應(yīng)力，因?yàn)樵诤附舆^程中，焊件自身會形成較大的溫差，溫差越大，焊接的應(yīng)力就會越大。采用預(yù)熱緩冷的方法，能夠一定程度上減小焊件的溫差，從而減小焊接的應(yīng)力。采用這種方法，一般情況下都會在焊接之前將焊件放入火爐中進(jìn)行加熱，在焊接的時(shí)候，要防止焊件迅速降溫，進(jìn)而降低焊縫和焊件其他部位之間的溫差，讓兩者之間膨脹系數(shù)相差不大，降低焊件的應(yīng)力。倘若不能夠?qū)⒄麄€(gè)焊件進(jìn)行預(yù)熱，也可以讓焊縫附近預(yù)熱，一樣不會影響該種方法的效果。但是，在預(yù)熱的過程中，一定要保證均勻預(yù)熱，溫度穩(wěn)定上升。在焊接完成之后，如果焊接部位的溫度沒達(dá)到600℃，要將其加熱到那個(gè)溫度，在進(jìn)行緩冷的步驟。

2.3 錘擊法

在經(jīng)過試驗(yàn)后的效果顯示，焊接后的焊件經(jīng)過一定程度上的錘擊之后，焊縫附近殘余的應(yīng)力會降低。在那些離焊縫比較遠(yuǎn)的部位，經(jīng)過錘擊后，殘余的應(yīng)力依然存在。但是，如果沖擊能量不斷地增加，那么焊件的殘余應(yīng)力會不斷地減小，這種減小到了一定的程度時(shí)，也會減緩殘余應(yīng)力減小的速度。總之，錘擊法對于減小殘余應(yīng)力是一種確實(shí)可行而且效果明顯的方法，值得推廣。

3 消除殘余應(yīng)力的方法

3.1 熱處理的方法

這種方法對于焊件的性能有著至關(guān)重要的作用，它不僅可以消除殘余應(yīng)力，還能夠改進(jìn)焊接接頭的性能。熱處理方法就是在焊件還處在高溫條件下的時(shí)候，去降低屈服點(diǎn)和蠕變現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)去除殘余應(yīng)力的一種方法。這種方法分為兩個(gè)步驟，首先就是總體熱處理，其次是局部熱處理。在總體熱處理的過程中，加熱的溫度和保溫時(shí)間和加熱以及冷卻速度都會影響到去除焊接殘余應(yīng)力的效果。這幾個(gè)因素里面，最重要的也是最難以控制的就是保溫時(shí)間，因?yàn)樗挠?jì)算受到很多因素的影響，而且知道時(shí)間也要通過人工去控制，這就造成了很大的不確定性和產(chǎn)生誤差的可能。一般情況下，一毫米厚就要一到兩分鐘，但是，時(shí)間又要被控制在30分鐘到3小時(shí)之間。在局部熱處理的過程中，一般只能降低殘余應(yīng)力的峰值，而不能直接消除殘余應(yīng)力。但是對于消除殘余應(yīng)力的過程起到了無可替代的作用，所以局部熱處理還是需要的一個(gè)步驟。在采用熱處理的方法時(shí)，加熱的方法主要有電加熱和火加熱兩種，而且消除殘余應(yīng)力的效果和加熱范圍的關(guān)系很大，所以一般需要大范圍的加熱才能達(dá)到較好的效果。

3.2 加載的方法

加載的方法，目的就是為了使得焊接縫周圍形成的壓縮塑性變形和焊縫周圍的拉伸塑性變形兩者形成抵消，從而讓應(yīng)力保持松弛狀態(tài)。它主要就是采用各種方法，在部件上制造一定的拉伸應(yīng)力，讓這個(gè)應(yīng)力來完成與壓縮塑性變形產(chǎn)生的力進(jìn)行抵消。在如何形成這種拉伸應(yīng)力的方法上有兩種：第一就是機(jī)械拉伸的方法，第二則是溫差拉伸的方法。機(jī)械拉伸法就是對部件進(jìn)行加載荷處理，讓焊縫區(qū)域形成塑性拉伸，這個(gè)塑性拉伸形成的力將會和已經(jīng)存在的那個(gè)壓縮塑變應(yīng)力達(dá)到抵消的作用，從而消除焊接過程中形成的殘余應(yīng)力。溫差拉伸法，主要就是利用了受熱膨脹的原理，來達(dá)到消除殘余應(yīng)力的方法。它的做法過程，顧名思義就是利用溫度差形成的力，讓焊縫兩側(cè)的金屬通過受熱膨脹后，往焊縫區(qū)進(jìn)行拉伸，逐漸的形成拉伸應(yīng)力，最后和那壓縮塑變應(yīng)力進(jìn)行抵消作用。這兩種拉伸方法都是采用抵消的原則，從而達(dá)到減小甚至消除殘余應(yīng)力的目的。

4 結(jié)論

在每次焊接工作之前，一定要將原件的性質(zhì)以及能承受的焊接條件進(jìn)行深度的考察、研究，合理、科學(xué)的制定焊接技術(shù)的安排。通過已經(jīng)考察好的東西，選擇合理、有效的焊接工藝程序，采取有效的措施，最終得到一個(gè)較好的焊接結(jié)果。在達(dá)到相關(guān)焊接質(zhì)量條件的同時(shí)，也在不斷的提高焊接技術(shù)，對以后的焊接技術(shù)領(lǐng)域做好一步一步的鋪墊。

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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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頻譜諧波時(shí)效設(shè)備采用領(lǐng)航者振動消除應(yīng)力專家系統(tǒng)。頻譜諧波振動時(shí)效處理時(shí)，先將待處理的鋁合金型材焊接結(jié)構(gòu)部件固定在專用工裝上，對焊接結(jié)構(gòu)件進(jìn)行模態(tài)分析，提取焊件多個(gè)有效模態(tài)振型。然后對焊件進(jìn)行頻譜分析，優(yōu)化諧波頻率。最后對頻譜分析的多種諧波頻率進(jìn)行動態(tài)應(yīng)變檢測，再結(jié)合模態(tài)分析振型與動態(tài)應(yīng)變檢測結(jié)果，選擇動應(yīng)變大的五種諧波頻率55、96、101、106、123Hz進(jìn)行定位時(shí)效處理。超聲波沖擊處理試驗(yàn)采用HY2050型豪克能焊接應(yīng)力消除設(shè)備。超聲波沖擊時(shí)，沖擊處理的范圍在方形截面型材的對接焊縫及焊縫兩側(cè)各100mm內(nèi)。超聲波工作頻率19～20kHz，額定功率1.0kW，最大振幅50μm。由于焊縫余高已被銑平，所以超聲沖擊頭形狀選用扁平式。參照GB/T7704-2008采用X射線測試方法測定處理前和處理后焊接區(qū)的殘余應(yīng)力，鋁合金型材焊接件及殘余應(yīng)力測點(diǎn)位置。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1頻譜諧振時(shí)效處理后殘余應(yīng)力

鋁合金型材焊接結(jié)構(gòu)部件在頻譜諧波振動時(shí)效處理前和處理后的對接接頭殘余應(yīng)力分布狀態(tài)如圖2所示，其中平行焊縫方向?yàn)榭v向殘余應(yīng)力σx，垂直焊縫方向?yàn)闄M向殘余應(yīng)力σy。，對于縱向殘余應(yīng)力，焊縫中心線處的最高拉應(yīng)力147MPa，經(jīng)頻譜諧波時(shí)效處理后降低到20.9MPa；在距離焊縫中心線15mm的近縫區(qū)，最高拉應(yīng)力為164.3MPa，頻譜諧振后下降到31.2MPa，焊縫及近縫區(qū)最高殘余拉應(yīng)力消除80%以上。觀察其他部位各測點(diǎn)有許多殘余拉應(yīng)力經(jīng)頻譜諧振后轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄鄩簯?yīng)力。對于橫向殘余應(yīng)力，焊縫中心線部位的最高拉應(yīng)力值為72.8MPa，經(jīng)頻譜諧波時(shí)效后此應(yīng)力降低到-99MPa，最高殘余應(yīng)力完全消除。在距離焊縫中心線15mm的近縫區(qū)，最高拉應(yīng)力值67.3MPa，經(jīng)頻譜諧波時(shí)效后下降到15.6MPa，最高殘余拉應(yīng)力消除76.8%以上。焊件經(jīng)過頻譜諧波振動時(shí)效后，縱向殘余應(yīng)力由初始范圍192.6MPa至-63.7MPa變化為31.16MPa至-83.28MPa，殘余應(yīng)力均勻化率達(dá)55.4%；橫向殘余應(yīng)力由初始應(yīng)力范圍176.1MPa至-175MPa改變?yōu)?6.66MPa至-108.8MPa，應(yīng)力均勻化率達(dá)55.7%。

2.2超聲波沖擊處理后殘余應(yīng)力

型材焊接結(jié)構(gòu)件在超聲沖擊處理前和處理后方形截面對接接頭的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)如圖3所示。由圖3可知，鋁合金型材構(gòu)件在剛性約束條件下焊接后，縱向和橫向殘余應(yīng)力都呈拉應(yīng)力狀態(tài)，最高殘余拉應(yīng)力集中在焊縫及其附近區(qū)域，其中縱向應(yīng)力達(dá)197.4MPa，橫向應(yīng)力達(dá)190.2MPa。經(jīng)超聲沖擊處理后，焊縫及近縫區(qū)附近的殘余應(yīng)力均明顯降低，最低下降到38.5MPa。經(jīng)計(jì)算，縱向和橫向殘余拉應(yīng)力分別下降37.2%和30.5%?？v向殘余應(yīng)力由初始應(yīng)力范圍197.4MPa至101.2MPa改變?yōu)?24.5MPa至38.5MPa，縱向殘余應(yīng)力的均勻化率為10.6%；橫向殘余應(yīng)力范圍由190.2MPa至61.5MPa改變?yōu)?24.1MPa至38.9MPa，橫向殘余應(yīng)力的均勻化率為33.8%。

2.3頻譜諧振與超聲沖擊聯(lián)合處理后殘余應(yīng)力

對鋁合金焊接部件進(jìn)行頻譜諧波時(shí)效處理，然后對近縫高應(yīng)力區(qū)進(jìn)行超聲波沖擊處理。焊接接頭在焊縫附近的縱向殘余拉應(yīng)力較大，經(jīng)頻譜諧振處理后整體上殘余應(yīng)力下降33.7%，但在近縫區(qū)仍有100MPa以上的殘余拉應(yīng)力。隨后對近縫區(qū)進(jìn)行超聲波沖擊處理后，殘余應(yīng)力下降58.9%，且應(yīng)力水平均下降到70MPa以下。2.4頻譜諧振和超聲沖擊處理后接頭力學(xué)性能鋁合金型材焊接件分別經(jīng)頻譜諧波振動時(shí)效和超聲沖擊處理后，焊接接頭標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣在1mm/min速率下的室溫拉伸試驗(yàn)以及彎曲試驗(yàn)結(jié)果列。顯然，方形截面型材對接接頭經(jīng)過頻譜諧振或超聲沖擊后，抗拉強(qiáng)度都符合JISZ3040規(guī)定的不小于285MPa的要求，彎曲試樣經(jīng)180°彎曲后完好。鋁合金型材焊接部件分別經(jīng)頻譜諧波振動時(shí)效和超聲沖擊處理后，并在保留超聲沖擊處理表面粗糙度的條件下，焊接接頭的標(biāo)準(zhǔn)疲勞試樣在室溫下脈動拉伸疲勞S-N曲線如圖4所示，其中頻譜諧振接頭循環(huán)壽命為107次的疲勞極限達(dá)到100MPa，而超聲沖擊處理后的接頭疲勞極限接近但略低于頻譜諧振接頭。

3結(jié)論

(1)鋁合金型材焊接結(jié)構(gòu)件經(jīng)頻譜諧振處理后殘余應(yīng)力均勻化率可達(dá)50%以上，適合整體焊接結(jié)構(gòu)的消除殘余應(yīng)力處理，而超聲沖擊法更適于焊縫及近縫區(qū)等局部去應(yīng)力處理。

(2)對于鋁合金焊接件首先采用頻譜諧波振動時(shí)效法進(jìn)行整體處理可消除30%以上的殘余拉應(yīng)力，繼續(xù)對焊縫及近縫區(qū)進(jìn)行局部超聲沖擊處理，殘余拉應(yīng)力消除率可達(dá)近60%。

篇8

關(guān)鍵詞：焊接 殘余應(yīng)力 形成機(jī)制

焊接是繁瑣結(jié)構(gòu)生產(chǎn)時(shí)一種重要加工方式。焊接結(jié)構(gòu)和其他相關(guān)加工方式相比較來講能夠節(jié)約金屬材料，擁有良好的密封性，工序相對簡單且制造的周期比較短，能夠制造許多其他工藝方法無法完成的結(jié)構(gòu)?？墒?，因?yàn)楹附訒r(shí)出現(xiàn)溫度場造成受約束熱應(yīng)變、塑性應(yīng)變，所以形成殘余應(yīng)力。通過調(diào)查研究表明，焊接殘余應(yīng)力嚴(yán)重影響著部件的承載能力等，因此一定要在最大程度上消除或是降低焊接殘余應(yīng)力，進(jìn)而提升部件的整體焊接質(zhì)量。

一、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

針對縱向殘余應(yīng)力形成過程，通常運(yùn)用圖1進(jìn)行描述，

圖1 低碳鋼在焊接過程中的縱向應(yīng)力應(yīng)變分布圖

焊接時(shí)，焊縫及其附近因熱膨脹受到周圍溫度較低金屬的拘束，產(chǎn)生大量的壓縮塑性應(yīng)變。在降溫時(shí)，母材的剛性會制約著焊縫和近縫區(qū)域的收縮，已經(jīng)發(fā)生的塑性變形焊縫區(qū)域還會受到塑性拉伸過程中補(bǔ)償部分壓縮的塑性變形量，最后形成殘余應(yīng)力的范圍會和高溫環(huán)境下的遭受塑性壓縮的范圍相對應(yīng)，除去彈性拉伸區(qū)域之外還存在塑性拉伸區(qū)域，而且彈性拉伸區(qū)域和殘余拉應(yīng)力也是相吻合[1]。明顯可以得出，母材中出現(xiàn)塑性壓縮是造成低碳鋼板在焊接過程中產(chǎn)生縱向殘余應(yīng)力的重要原因。除此之外，塑性壓縮的應(yīng)變原理還可以描述成橫向的殘余應(yīng)力的變形主要過程，而母材的收縮是造成焊接縫發(fā)生橫向收縮的主要因素。在進(jìn)行母材焊接時(shí)會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，同時(shí)焊接縫的金屬形成固體時(shí)，正在膨脹的母材一定會遭到塑性壓縮，此收縮就是橫向收縮的重要組成部分，焊縫自身的收縮大致只是現(xiàn)實(shí)收縮的10%。運(yùn)用截面法把對接接頭沿著焊縫的軸線進(jìn)行切開，從板邊堆焊過程中形成的變形趨勢可以推出焊接縫的大致分布，焊接縫的兩端一定會存在壓應(yīng)力，而中心范圍部位是拉應(yīng)力中的橫向應(yīng)力。

二、降低殘余應(yīng)力的對策

1.科學(xué)、合理編排焊接順序

在進(jìn)行焊接時(shí)盡可能讓焊接縫可以自由收縮。首先要焊收縮量相對比較大的焊接縫，保證焊接縫在結(jié)構(gòu)總體剛性相對比較小的前提下可以自由收縮[2]。然后焊接相互錯(cuò)開的短焊縫，再焊直通的長焊縫。如果焊接結(jié)構(gòu)存在交叉焊縫接頭，一定要先焊接工作過程中受力相對比較大的焊接縫，合理編排焊接順序，以免出現(xiàn)焊縫受力不均勻現(xiàn)象，確保焊縫科學(xué)、合理地分布。

2.采用預(yù)熱緩冷法

焊件自身的溫差越大，形成的焊接應(yīng)力就越大。在焊接之前對焊件完成預(yù)熱，可以在一定程度上降低焊接應(yīng)力[3]。通常情況下，在焊接之前把焊件投放在爐內(nèi)進(jìn)行加熱，在焊接時(shí)避免加熱過后的焊件快速冷卻，從而降低焊縫位置溫度和基體金屬自身溫度的溫差，使兩者膨脹數(shù)值漸漸接近，進(jìn)而降低內(nèi)應(yīng)力。如果焊接件總體預(yù)熱存在一定困難，可以選擇局部預(yù)熱，也就是在焊縫和兩側(cè)至少不少于80毫米出完成加熱。另外，在預(yù)熱過程中提升溫度一定要保持均勻，而且要求整條焊縫每個(gè)位置的溫度大體上保持一致。投放在退火爐進(jìn)行緩冷時(shí)一定要把焊接過后的部件加熱至600攝氏度，再緩慢冷卻下來。

3.錘擊法

經(jīng)過研究證明，焊接縫在通過錘擊處理之后可以在很大程度上降低熔合區(qū)域周邊的殘余應(yīng)力[4]。在母材上距離熔合區(qū)域比較遠(yuǎn)的位置，殘余應(yīng)力的降低相對較小。加載沖擊可以直接影響焊接殘余應(yīng)力。在沖擊能量不斷增大時(shí)，熔合線周圍的殘余應(yīng)力會在大幅度上降低，而沖擊能力增大到一定數(shù)值時(shí)，會減緩殘余應(yīng)力的轉(zhuǎn)變速度。

三、消除殘余應(yīng)力的對策

1.熱處理方法

熱處理方法主要是在高溫環(huán)境下降低屈服點(diǎn)與蠕變現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)清除殘余應(yīng)力。另外熱處理方法還能夠改進(jìn)接頭性能。首先，總體熱處理。加熱溫度和保溫時(shí)間及加熱、冷卻速度等直接影響著熱處理消除焊接殘余應(yīng)力的效果[5]。保溫時(shí)間主要依據(jù)板的厚度來確定，通常情況下按照每毫米板厚為1至2分鐘來計(jì)算，但是最短不可小于30分鐘，最長不可多余3小時(shí)。對于碳鋼、中低合金鋼來講，一般加熱溫度在580至680攝氏度之間，對于鑄鐵來講，加熱溫度在600至650攝氏度之間。其次，局部熱處理。運(yùn)用局部加熱處理僅僅可以降低焊接殘余應(yīng)力的峰值，不可以徹底消除焊接殘余應(yīng)力。采用的加熱方式主要有電加熱和火焰加熱等。同時(shí)消除焊接殘余應(yīng)力和加熱的范圍及溫度分布有著密切關(guān)系。

2.加載方法

加載方法主要是采用各種方式在部件上設(shè)置一定拉伸應(yīng)力，從而使焊接縫和周圍形成拉伸塑性變形，完成焊接過程中和焊縫周圍形成的壓縮塑性變形一一抵消，實(shí)現(xiàn)松弛應(yīng)力的目標(biāo)。第一，機(jī)械拉伸方法，主要是對焊件添加載荷，讓焊縫區(qū)域形成塑性拉伸，在一定程度上降低已有壓縮塑變，進(jìn)而降低或是消除焊接殘余應(yīng)力，比如說壓力容器中水壓試驗(yàn)。第二，溫差拉伸方法，運(yùn)用溫度差讓焊接縫的兩側(cè)金屬經(jīng)過受熱膨脹向焊接縫區(qū)域進(jìn)行拉伸，從而形成的拉伸塑變和已有的壓縮塑變相互抵消，在一定程度上降低焊接殘余應(yīng)力，或是消除焊接殘余應(yīng)力。

結(jié)束語：

長期以來，焊接殘余應(yīng)力是焊接過程中一個(gè)不可避免的缺陷，所以在焊接之前，一定要對該部件的材料和工作條件及力學(xué)性能等多個(gè)方面進(jìn)一步明確、了解，科學(xué)、合理的編排焊接工藝，選擇有效措施，才能夠獲取良好的焊接效果，從而滿足總體焊件的相關(guān)焊接質(zhì)量要求。

參考文獻(xiàn)：

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篇9

關(guān)鍵詞：電渣壓力焊；豎向鋼筋；焊接技術(shù)；施工工藝；應(yīng)用

Abstract: In this paper, combined with electroslag pressure welding the relevant principles of welded steel and vertical welded steel construction technology and construction points analyzed and discussed for the electroslag pressure welding in the vertical welded steel.

Keywords: pressure electroslag welding; vertical bar; welding technology; construction technology; application.

中圖分類號：TU511.3+2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

電渣壓力焊在豎向鋼筋焊接中的應(yīng)用主要就是使用新型的豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋的焊接。在鋼筋連接施工中，使用這種新型的豎向鋼筋電渣壓力焊機(jī)不僅使用操作方便，而且焊接鋼筋的質(zhì)量效果也有一定的保證，并且在進(jìn)行鋼筋焊接施工過程中能夠節(jié)省一定的鋼材。新型的豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)是專門針對豎向鋼筋焊接的，它在進(jìn)行豎向鋼筋焊接施工過程中，可以實(shí)現(xiàn)一臺豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)鋼筋焊接接頭的有序焊接操作，這樣的施工操作方法以及過程，不僅可以實(shí)現(xiàn)焊接設(shè)備利用率與焊接施工效率的大幅度提高，而且一定程度上還減少鋼筋焊接的施工成本，并且施工工藝操作簡單、速度較快，具有很明顯的施工應(yīng)用優(yōu)勢，在鋼筋焊接施工中的應(yīng)用非常廣泛。

1、豎向鋼筋電渣壓力焊接原理

在進(jìn)行鋼筋焊接施工中，使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行豎向鋼筋的焊接，其相關(guān)焊接原理與鋼筋焊接中其它的一些鋼筋電渣壓力焊接機(jī)的焊接原理基本相同。使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋的焊接其原理就是通過要進(jìn)行鋼筋焊接的鋼筋端頭或者接頭處設(shè)置的鐵絲球，經(jīng)過一定電壓下的電弧的作用以及熔化焊劑的作用得到很高溫度下的高溫熔渣，這些高溫熔渣把將要進(jìn)行焊接的鋼筋的端頭進(jìn)行均勻的熔化之后，再加上一定擠壓作用力最后形成一個(gè)新的焊接接頭，這樣就完成了鋼筋的焊接施工。需要注意的是使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋的焊接施工，對于鋼筋焊接中的上提以及下壓施工操作需要人工進(jìn)行控制操作，但是鋼筋焊接過程中電源的接通以及焊接時(shí)間的控制則是由豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)自動進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)的。

豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋焊接過程主要就是在通過電源接通之后電力作用產(chǎn)生的電弧以及弧絲，在這些電弧以及弧絲的作用下將焊劑以及將要進(jìn)行焊接的鋼筋斷頭或者接頭快速的熔化成渣，熔化成的電渣的溫度會非常的高。這時(shí)再將另一部分鋼筋端頭送入到豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)中，當(dāng)豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)中的兩部分鋼筋的端頭都達(dá)到一定的焊接狀態(tài)或者焊接標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，再通過豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)的其它作用力進(jìn)行兩部分鋼筋的焊接連接，最終會形成一個(gè)具有凸出接頭的完整焊接鋼筋。

2、豎向鋼筋電渣壓力焊接施工準(zhǔn)備

在使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行豎向鋼筋的焊接時(shí)需要做好一定的焊接施工準(zhǔn)備工作，這對于豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)焊接施工的順利進(jìn)行有著積極的作用。一般在進(jìn)行豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)焊接施工時(shí)首先需要進(jìn)行焊接施工設(shè)備的準(zhǔn)備工作，包括豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)焊接使用的焊接接頭、控制箱和裝焊劑的鐵鏟等，其中焊接機(jī)頭包括焊接施工中會用到的夾具、監(jiān)控儀表和操作桿等。其次使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋焊接施工時(shí)還需要準(zhǔn)備一些焊接施工所用的材料，包括焊劑、鐵絲球以及鋼筋等，其中鋼筋焊接施工中使用的焊劑的顆粒一定要細(xì)，并且不要受潮；鐵絲球子在鋼筋焊接施工中是用來引燃電弧的。以上的這些鋼筋焊接施工材料對于鋼筋焊接施工的順利進(jìn)行有著重要的作用。另外，在使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋焊接施工之前還應(yīng)當(dāng)注意對于即將進(jìn)行焊接的鋼筋的端頭可通過切斷機(jī)對鋼筋進(jìn)行切斷，切斷后的鋼筋端頭可以有少許的不平。

3、豎向鋼筋電渣壓力焊接施工要點(diǎn)

3.1 豎向鋼筋電渣壓力焊接施工工序

使用豎向鋼筋焊接電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋焊接施工時(shí)，其主要的施工工藝主要是首先使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)的夾具將即將進(jìn)行焊接的兩部分鋼筋進(jìn)行夾緊固定，進(jìn)行兩部分鋼筋夾緊固定的時(shí)候應(yīng)注意保持兩部分鋼筋的同心位置。然后在夾緊固定的兩部分鋼筋的端頭之間放置一些鐵絲球，這時(shí)可以關(guān)閉豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)中焊劑漏斗，并需要將焊劑進(jìn)行灌滿。做好以上的施工操作之后就可以接通豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)的電源開關(guān)，引燃電弧在電弧作用情況下形成一定的電渣，這時(shí)可以慢慢的將引燃的電弧進(jìn)行熄滅，增加電渣流量，這時(shí)電渣池中電渣的溫度會非常的高，注意觀察鋼筋端頭的熔化情況達(dá)到一定的狀態(tài)時(shí)就可以進(jìn)行擠壓作用，擠壓作用會將電渣以及熔化金屬擠出，擠壓作用結(jié)束后就可以切斷電源清理殘?jiān)?，那么這時(shí)需要進(jìn)行連接的鋼筋也已經(jīng)焊接完畢。

3.2 豎向鋼筋電渣壓力焊接施工要點(diǎn)

在使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋焊接施工的過程中需要注意的是，進(jìn)行鋼筋焊接施工之前，也就是接通豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)的電源之前一定要檢查焊接機(jī)夾具連接的兩部分鋼筋是否同心，避并且靈活；對于需要進(jìn)行焊接的鋼筋，還應(yīng)當(dāng)對于焊接鋼筋的兩部分的端頭進(jìn)行檢查，避免鐵銹以及油污等的存在，影響鋼筋焊接施工；進(jìn)行焊劑的鋼筋的端頭在進(jìn)行焊接時(shí)一定要對齊，偏差應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)；進(jìn)行鋼筋焊接施工前還應(yīng)當(dāng)注意將豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)的電源以及電焊機(jī)、控制箱、焊接電纜、控制電纜和焊槍進(jìn)行連接并做好檢查，對于電焊機(jī)的電流需要進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)設(shè)置以滿足鋼筋焊接施工的需要；在進(jìn)行鋼筋焊接施工過程中對于閉合回路以及引弧等的操作可以通過操縱桿的開關(guān)進(jìn)行應(yīng)用操作，電弧引燃之后一定要控制好相應(yīng)的電壓值；進(jìn)行電渣形成的過程中注意控制另一部分鋼筋端頭的送入和電弧的熄滅，進(jìn)行鋼筋焊接結(jié)束后應(yīng)停一段時(shí)間后才進(jìn)行焊劑以及夾具的卸去。

3.3 豎向鋼筋電渣壓力焊接質(zhì)量控制

在使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋焊接施工中需要注意的對于施工過程中容易引起質(zhì)量問題的施工過程進(jìn)行控制。首先需要注意的是對于鋼筋焊接施工的全過程進(jìn)行控制，包括進(jìn)行焊接鋼筋的端頭的清理以及鋼筋安裝時(shí)注意同心并且牢固，引弧以及電弧延時(shí)應(yīng)注意合理，電渣過程注意穩(wěn)定，擠壓作用應(yīng)當(dāng)適當(dāng)。其次需要注意的是對于進(jìn)行焊接施工的鋼筋的規(guī)格以及焊接接頭位置的設(shè)置等都應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)施工要求與規(guī)定。在進(jìn)行鋼筋焊接施工過程中還用當(dāng)注意焊接施工技術(shù)額應(yīng)用以避免焊接鋼筋出現(xiàn)氣孔。鋼筋焊接施工中為了避免焊接后的鋼筋出現(xiàn)彎折情況，應(yīng)當(dāng)在焊接施工結(jié)束后不要立即進(jìn)行夾具的卸下。在進(jìn)行鋼筋焊接施工時(shí)還要注意避免一些特殊氣溫以及天氣條件下的施工操作，以保證鋼筋焊接施工質(zhì)量以及效果。

4、豎向鋼筋電渣壓力焊接應(yīng)用優(yōu)勢

使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋焊接施工具有一定的施工應(yīng)用優(yōu)勢，主要表現(xiàn)使用豎向鋼筋電渣壓力焊接進(jìn)行鋼筋焊接施工的速度快、施工質(zhì)量較高，并且使用豎向鋼筋電渣壓力焊接機(jī)進(jìn)行鋼筋焊接施工在一定程度上可以節(jié)約施工成本，以及焊接鋼材的使用，而且在進(jìn)行鋼筋焊接施工過程中由于使用額是電渣壓力焊接比一般的電弧焊接施工在一定程度上對于電能的消耗也較小，具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

5、結(jié)束語

使用豎向電渣壓力焊進(jìn)行鋼筋焊接不僅具有一定的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)優(yōu)勢，對于鋼筋焊接質(zhì)量也有較大的保證，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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篇10

關(guān)鍵詞：二次函數(shù)應(yīng)用

在高中階段，二次函數(shù)不僅是數(shù)學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，也是高考的重點(diǎn)，同時(shí)它也是連接其他知識系統(tǒng)的關(guān)鍵.本文重點(diǎn)對二次函數(shù)定義的理解與應(yīng)用進(jìn)行探討.

一、二次函數(shù)的定義及理解

二次函數(shù)表達(dá)式的右邊通常為二次三項(xiàng)式，即y=ax2+bx+c（a，b，c為常數(shù)，a≠0，函數(shù)的開口方向由a決定，a>0時(shí)，開口向上，a

高中階段的二次函數(shù)與初中階段的二次函數(shù)不太一樣，高中階段的二次函數(shù)是建立在集合和映射的基礎(chǔ)上的，二次函數(shù)是從一個(gè)集合A（定義域）到集合B（值域）上的映射f∶AB使得集合B中的元素y=ax2+bx+c（a≠0）與集合A的元素x對應(yīng)，記作：f（x）=ax2+bx+c（a≠0）.這里ax2+bx+c表示對應(yīng)法則，又表示定義域中的元素x在值域中的象，從而使學(xué)生對函數(shù)的概念有一個(gè)較明確的認(rèn)識.

例1已知f（x）=3x2-9x+11，求f（x+3）.

這里不能將f（x+3）理解為x=x+3時(shí)函數(shù)值，只能理解為自變量為x+3的函數(shù)值.

例2設(shè)f（x+3）=3x2-x+1，求f（x）.

這個(gè)問題理解為已知對應(yīng)法則下，定義域中元素x+3的象是3x2-2x+1，求定義域中元素x的象，其本質(zhì)是求對應(yīng)法則.一般有兩種方法：

（1）把所給表達(dá)式表示成x+3的多項(xiàng)式.

f（x+3）=3x2-x+1=3（x+3）2-9（x+3）+11.

再用x=x+3得到f（x）=3x2-9x+11.

（2）變量代換.這種方法可以通用，可以使用一般的函數(shù).

令t=x+3，則x=t-3，所以f（t）=3（t-3）2-9（t-2）+11，從而得出f（x）=3x2-9x+11.

二、二次函數(shù)解析式的應(yīng)用

1.解析式問題

解答函數(shù)解析式問題的方法有待定系數(shù)法、換元法、配湊法、消元法等.

例3求一次函數(shù)f（x），使得f{f（x）}=8x+7.

分析：在解答本題時(shí)，用待定系數(shù)法，當(dāng)所求的函數(shù)是已知的函數(shù)類型時(shí)，用此方法，一次函數(shù)的基本型為f（x）=ax+b.

解：設(shè)解析式為f（x）=ax+b.

則f[f（x）]=a[f（x）+b]=a（ax+b）+b=a2x+ab+b.

同理，f{f[f（x）]}=a3x+a2b+ab+b.

即a3x+a2b+ab+b =8x+b，則a2b+ab+b=7.（1）

a3=8.（2）

由（1）（2）解得：a=2，b=1.

所以f（x）=2x+1.

2.單調(diào)性、值域的應(yīng)用

在高中階段學(xué)習(xí)單調(diào)性時(shí)，必須讓學(xué)生對二次函數(shù)y=ax2+bx+c在區(qū)間-∞，-b2a及-b2a，+∞上的單調(diào)性用定義去嚴(yán)格的論證，充分利用函數(shù)圖象的直觀性，增加適當(dāng)?shù)木毩?xí)題進(jìn)行練習(xí)，使學(xué)生逐步自覺地利用圖象學(xué)次函數(shù)有關(guān)的一些函數(shù)單調(diào)性.

例4已知函數(shù)f（1-x2）=log2x2（2-x2），求：（1）f（x）的解析式及定義域.（2）判定f（x）的單調(diào)性.

解：（1）令1-x2=t，則x2=1-t.

所以f（t）=log2（1-t）（1+t）=log2（1-t2）.

即f（x）=log2（1-x2）.

由1-x2>0解得-1

所以f（x）=log2（1-x2）（-1

（2）①設(shè)-1

所以1-x12

即f（x1）-f（x2）=log2（1-x12） -log2（1-x22）

所以函數(shù)f（x）=log2（1-x2）在區(qū)間（-1，0）上是增函數(shù).

②設(shè)0≤x1

1-x12>1-x22，log2（1-x12） >log2（1-x22）.

即f（x1）-f（x2）=log2（1-x12） -log2（1-x22）>0.

所以函數(shù)f（x）=log2（1-x2）在區(qū)間（0，1）上是減函數(shù).

函數(shù)的值域是該函數(shù)全體函數(shù)值的集合，當(dāng)定義域和對應(yīng)法則確定，函數(shù)值也隨之而定.因此在求函數(shù)值域時(shí)，應(yīng)注意函數(shù)定義域.

例5求函數(shù)y=4x-5+2x-3的值域.

錯(cuò)解：令t=2x-3，則2x=t2+3.

y=2（t2+3）-5+t=2t2+t+1=2（t+14）2+78≥78.

故所求的函數(shù)值域是[78，+∞）.

剖析：經(jīng)換元后，應(yīng)有t≥0，而函數(shù)y=2t2+t+1在[0，+∞）上是增函數(shù)，所以當(dāng)t=0時(shí)，ymin=1.

故所求的函數(shù)值域是[1， +∞）.

以上例子說明，變量的允許值范圍是何等的重要，若能發(fā)現(xiàn)變量隱含的取值范圍，精細(xì)地檢查解題思維的過程，就可以避免以上錯(cuò)誤結(jié)果的產(chǎn)生.也就是說，學(xué)生若能在解好題目后，檢驗(yàn)已經(jīng)得到的結(jié)果，善于找出和改正自己的錯(cuò)誤，善于精細(xì)地檢查思維過程，便能體現(xiàn)出良好的思維批判性.

3.二次函數(shù)在方程方面的應(yīng)用

例6已知含參數(shù)的一元二次方程的根在某區(qū)間，求參數(shù)范圍.

分析：可借助二次函數(shù)的圖象.

解：設(shè)f（x）=ax2+bx+c（a>0），方程ax2+bx+c=0的兩根為α，β（α≤β），m，n為常數(shù)且n

（1）α，β分居兩區(qū)間時(shí)，只需考慮端點(diǎn)函數(shù)值的符號.

如α∈（-∞，m），β∈（m，+∞）f（m）

α∈（-∞，n），β∈（m，+∞）f（n）

（2）α，β位于同一區(qū)間時(shí)，不但要考慮端點(diǎn)函數(shù)值符號，還要考慮Δ≥0及-b2a的范圍.如α，β∈（m，+∞）f（m）>0，

-b2a>m，

=b2-4ac≥0，α，β∈（n，m）f（m）>0，

f（n）>0，

=b2-4ac≥0

n

，α，β∈（-∞，n）f（n）>0，

-b2a

=b2-4ac≥0..

例7已知二次函數(shù)f（x）=ax2+bx+1（a，b∈R，a>0），設(shè)方程f（x）=x的兩個(gè)實(shí)數(shù)根為x1和x2.

（1）如果x1

（2）如果|x1|

分析：本題主要考查函數(shù)與方程的思想，利用數(shù)形結(jié)合考查根的分布等綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力.

解：（1）設(shè)g（x）=f（x）-x=ax2+（b-1）x+1（a>0）.

由條件x1

即4a+2b-1

16a+4b-3>0，解得34-4a

顯然必有34-4a18.②

①÷（-2a）得：2-38a>-b2a>1-14a.

故x0=-b2a>1-14a>-1.結(jié)論成立.

（2）由方程g（x）=ax2+（b-1）x+1=0可得x1?x2=1a>0.

x1，x2同號.

若0

x2=x1+2>2.

g（2）

又（x2-x1）2=（b-1）2a2-4a=4，

2a+1=（b-1）2+1. （a>0，負(fù)根舍去）

代入③式可得，2（b-1）2+1

若-2

g（-2）

又2a+1=（b-1）2+1代入④式，

得2（b-1）2+174.

綜上，當(dāng)0

總之，二次函數(shù)是貫穿初中和高中數(shù)學(xué)課程的一種很重要的函數(shù)，從中學(xué)數(shù)學(xué)教材來看，二次函數(shù)占有及其重要的地位，無論是在代數(shù)中還是解析幾何中，使用二次函數(shù)解答的機(jī)會非常多.將二次函數(shù)作為載體，構(gòu)建數(shù)形結(jié)合思想、分類討論的思想、等價(jià)轉(zhuǎn)換的思想.

參考文獻(xiàn)

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周建濤.淺談二次函數(shù)在高中階段的應(yīng)用.[J].數(shù)學(xué)與教學(xué)通訊.2005（12）.