曹剛川

　　南京華電節(jié)能環(huán)保設備有限公司 , 江蘇 南京 210031

　　摘要:在焊接過程中會引發(fā)變形以及剩余的應力和應變，這些情況都會直接影響到不銹鋼儲罐使用狀態(tài)，針對還系統(tǒng)部件的焊接可以用有限元法進行解析，探究其焊接時所產(chǎn)生的變形和應力。以單元生死技術為基礎，需要考慮的因素有很多，比如材料的功能會受到溫度的變化而發(fā)生非線性情況，為了能夠深化探究影響還系統(tǒng)部件的應力和變形具體類別、大小等，可以先從焊接縫的周邊作為參考點或者方向來開展。

　　關鍵詞: 不銹鋼儲罐;焊接;焊縫;應力;變形

　　1引言

　　不銹鋼儲罐有很多優(yōu)秀功能已經(jīng)逐漸被工程界所認可，尤其是航空企業(yè)。其中，不銹鋼儲罐優(yōu)點很多，比如柔性好、耐腐蝕性以及耐低溫等優(yōu)勢�，F(xiàn)階段應用到連軸器等范圍也比較廣泛，所以，所以針對該系統(tǒng)部件開展探究工作，通過對其功能指標的要求逐漸提升而更加深化。這些年，由于互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，有限元技術在結構中的解析地位是越來越高。該技術有很特殊的優(yōu)點，就是能夠很好解決材料非線性以及接觸非線性等問題。探究運用該技術將波形管的成型計算出來，準確解析模型變形、材料硬化等情況對不銹鋼儲罐功能所造成的影響，其次，還可以使用該技術來解析模具的設計，對波形管的成型有何影響。專門使用該技術計算出不銹鋼儲罐，在焊接的時候所產(chǎn)生的應力以及變形等，是否會隨著溫度的改變而出現(xiàn)變化，探究這兩種現(xiàn)象的主要特征以及分布情況，將溫度高低進行改變來探究結構內部的應力以及變形。不銹鋼儲罐是一種新型的系統(tǒng)部件，該部件有很好的穩(wěn)性以及可靠性，所以說此系統(tǒng)部件在航空領域、冶金、電力等行業(yè)內地位非常重要。

　　在不銹鋼儲罐生產(chǎn)的時候，有一個很重要的工藝步驟就是焊接，所以，進行該工藝的時候焊接質量是否過關，直接影響到產(chǎn)品的功能以及質量。針對該系統(tǒng)部件在生產(chǎn)以及制作焊接工藝過程中，既要嚴格把控材料出現(xiàn)變形，又要將焊接的縫隙與母材務必融合在一起，其強度要正好，焊接工作完成以后，還要保持其具有很好的彈性、密封性以及抗腐蝕性。在大部分企業(yè)中，對于焊接工藝的設計會受到該企業(yè)的生產(chǎn)類別、工藝設備以及生產(chǎn)技能等原因影響，同時還會由于操作人員的實踐經(jīng)驗，以及企業(yè)內部的管理體系的約束。所以當今國內外市場的競爭逐漸激烈，在運用傳統(tǒng)的焊接工藝方法已經(jīng)不能達到當今企業(yè)對于產(chǎn)品的需求以及發(fā)展。怎樣能夠有效、快捷處理不銹鋼儲罐在生產(chǎn)時候過于繁雜的焊接工藝設計以及設計參數(shù)等問題，成為當今社會中，很多企業(yè)迫切需要解決。

　　2系統(tǒng)的整體焊接技術思路

　　2.1不銹鋼儲罐成型方法

　　能夠使不銹鋼儲罐成型方法種類繁多，對于厚度以及材料都不一樣的不銹鋼儲罐，現(xiàn)階段用到最多的方法有三種:焊接成型、液壓成型以及機械成型。微型不銹鋼儲罐以及彈性元件一般用的多的方法是化學沉積成型和電沉積成型。不銹鋼儲罐成型的方法不管是機械成型還是液壓成型，這兩種哪一種方法都需要經(jīng)過一系列工序才可完成。然而，焊接成型卻不一樣，該方法是要將板料沖裁剪成波紋狀的圓片，在與環(huán)縫焊接在一起，從而制作成不銹鋼儲罐。

　　2.2不銹鋼儲罐焊接方式類別

　　有上述可以知曉，針對不銹鋼儲罐生產(chǎn)的時候，需要進行焊接環(huán)節(jié)，所用到的焊接方法主要有直焊縫以及環(huán)縫。然而，很多情況焊接的形式一般都會運用對接，是為了能夠找到與母線相同或者強度合適，并且焊接過后所出現(xiàn)很小的殘余應力的需求。在每一個領域內都會使用不銹鋼儲罐，由于其領域跟工作環(huán)境存在差異，所以在生產(chǎn)不銹鋼儲罐的時候用到的材料類別以及厚度也都不一樣，與此同時，生產(chǎn)不銹鋼儲罐所用的材料類型卻非常廣，比如合金鋼、不銹鋼以及有色等，由此生產(chǎn)出來的不銹鋼儲罐，在其管壁的厚度也存在差異。

　　對于生產(chǎn)不銹鋼儲罐的時候焊接工藝設計中有非常重要的特點，比如街頭的方式以及厚度等，根據(jù)現(xiàn)階段我國以及國外在生產(chǎn)不銹鋼儲罐的企業(yè)內，所用到的焊接工藝步驟中所運用的焊接設備。針對當前該系統(tǒng)部件所經(jīng)常會用到的焊接方法進行匯總:第一，焊條電弧焊;第二，等離子弧焊;第三，埋弧焊;第四，熔化極氣體保護焊;第五，鎢極惰性氣體保護焊。

　　2.3管焊接工藝設計流程

　　當今社會的發(fā)展，使不銹鋼儲罐的生產(chǎn)也逐漸呈現(xiàn)標準以及規(guī)�；�。針對該系統(tǒng)部件的焊接工藝，不管是人工進行設計，還是計算機協(xié)助設計所運用的方法和工藝參數(shù)基本如下圖1所示。

　　

　　圖 1 焊接工藝設計流程

　　3材料模型

　　在對材質做焊接的時候，會出現(xiàn)很明顯的非線性，該不銹鋼儲罐的彈性以及膨脹系數(shù)等都隨著溫度的改變而逐漸發(fā)生變化。然而在焊接的時候，不銹鋼儲罐所遭受到的溫度會明顯發(fā)生變化的過程，所以材料發(fā)生非線性性質表現(xiàn)的很明顯，然而，焊縫和該系統(tǒng)部件的材料密度以及泊松比不會跟隨溫度的改變發(fā)生變化。

　　4計算結果

　　4.1焊接應力

　　進行焊接的時候，熱量會在結構的內部進行傳輸和環(huán)境的熱對流，使其結構的溫度出現(xiàn)梯形變化，并且逐漸增加。因為在內部的時候會受到熱溫影響，加上受熱不夠均衡，使其結構在不同地方所受到的應力產(chǎn)生很大變化。這種現(xiàn)象可以知曉:殘余的應力主要是周向應力，其所處的位置在不銹鋼儲罐以及焊縫相臨近的焊接邊緣上，所以會跟隨熱源的不斷改變而發(fā)生變化，其溫度會急劇上漲，隨后會跟著熱源的轉移溫度也會快速下降。在這個位置上的應力經(jīng)常會快速增大到減小的過程中。若溫度快速升高到一定高溫時，表明這個位置正在進行焊接，其內部所受到的應力也會快速增大。后面熱源在慢慢離開，以后因為跟環(huán)境出現(xiàn)熱對流的現(xiàn)象，此處的溫度會逐漸發(fā)生減少，應力會快速的降低，但是應力不會完全消失，并且成為殘余的應力依然存留在焊接不銹鋼儲罐內。

　　4.2焊接變形

　　焊接的時候因為其結構的內部受冷受熱不夠均勻，每個地方會出現(xiàn)膨脹，并且膨脹程度也都不一樣，從而產(chǎn)生內部應力。為了能夠將內部的熱應力進行均衡，不銹鋼儲罐的自身會出現(xiàn)變形現(xiàn)象，為了能夠將其內部的均衡狀況保持住。因為操作的時候兩端處于固定情況，不銹鋼儲罐的中間地方會出現(xiàn)變大，該系統(tǒng)部件發(fā)生變形多以經(jīng)向變形為主，這個時候焊縫的周邊變形量會逐漸增大，幫助定量解析殘余的變形。選擇焊縫和不銹鋼儲罐相鄰近的一條邊，作為參考的路徑。

　　6結論

　　從所構建出的有限元模型中，把單元激活開啟過程作為基礎，能夠很好，將焊接對不銹鋼儲罐所造成的影響計算出來。針對數(shù)值進行解析中，可以將材料性能跟隨溫度進行改變的特性考慮進來，針對該系統(tǒng)部件在焊接時所出現(xiàn)的應力和變形進行解析，可以看出:

　　①一般情況下，該系統(tǒng)部件的變形現(xiàn)象多以徑向變形為主。 可以從焊縫的位置向內進行凹陷，然而，其周圍的地方都會向外鼓包變形。

　�、谠诤附拥臅r候會出現(xiàn)應力，向周邊伸展應力為主。焊接的應力會由溫度的變化而發(fā)生改變，但是熱源的離開優(yōu)惠時，參考點處的溫度進行降低，從而使焊接所產(chǎn)生的應力也快速發(fā)生減少現(xiàn)象，但這種情況不會把陰歷消除，所以不可以忽視焊接對強度以及壽命等所帶來的影響。

　　參考文獻:

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