曹剛川

　　南京華電節(jié)能環(huán)保設(shè)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(yīng)力和應(yīng)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(jìn)行解析，探究其焊接時所產(chǎn)生的變形和應(yīng)力。以單元生死技術(shù)為基礎(chǔ)，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(yīng)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(guān)鍵詞: 不銹鋼儲罐;焊接;焊縫;應(yīng)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(rèn)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(yīng)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(biāo)的要求逐漸提升而更加深化。這些年，由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，有限元技術(shù)在結(jié)構(gòu)中的解析地位是越來越高。該技術(shù)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(shù)將波形管的成型計算出來，準(zhǔn)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(shù)來解析模具的設(shè)計，對波形管的成型有何影響。專門使用該技術(shù)計算出不銹鋼儲罐，在焊接的時候所產(chǎn)生的應(yīng)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(jìn)行改變來探究結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)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(lǐng)域、冶金、電力等行業(yè)內(nèi)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(jìn)行該工藝的時候焊接質(zhì)量是否過關(guān)，直接影響到產(chǎn)品的功能以及質(zhì)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(yán)格把控材料出現(xiàn)變形，又要將焊接的縫隙與母材務(wù)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(shè)計會受到該企業(yè)的生產(chǎn)類別、工藝設(shè)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(nèi)部的管理體系的約束。所以當(dāng)今國內(nèi)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(dá)到當(dāng)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(shè)計以及設(shè)計參數(shù)等問題，成為當(dāng)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(shù)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(jī)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(xué)沉積成型和電沉積成型。不銹鋼儲罐成型的方法不管是機(jī)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(jìn)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(yīng)力的需求。在每一個領(lǐng)域內(nèi)都會使用不銹鋼儲罐，由于其領(lǐng)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(shè)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(nèi)，所用到的焊接工藝步驟中所運用的焊接設(shè)備。針對當(dāng)前該系統(tǒng)部件所經(jīng)常會用到的焊接方法進(jìn)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(hù)焊;第五，鎢極惰性氣體保護(hù)焊。

　　2.3管焊接工藝設(shè)計流程

　　當(dāng)今社會的發(fā)展，使不銹鋼儲罐的生產(chǎn)也逐漸呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)�；�。針對該系統(tǒng)部件的焊接工藝，不管是人工進(jìn)行設(shè)計，還是計算機(jī)協(xié)助設(shè)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(shè)計流程

　　3材料模型

　　在對材質(zhì)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(zhì)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(jié)果

　　4.1焊接應(yīng)力

　　進(jìn)行焊接的時候，熱量會在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部進(jìn)行傳輸和環(huán)境的熱對流，使其結(jié)構(gòu)的溫度出現(xiàn)梯形變化，并且逐漸增加。因為在內(nèi)部的時候會受到熱溫影響，加上受熱不夠均衡，使其結(jié)構(gòu)在不同地方所受到的應(yīng)力產(chǎn)生很大變化。這種現(xiàn)象可以知曉:殘余的應(yīng)力主要是周向應(yīng)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(zhuǎn)移溫度也會快速下降。在這個位置上的應(yīng)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(jìn)行焊接，其內(nèi)部所受到的應(yīng)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(yīng)力會快速的降低，但是應(yīng)力不會完全消失，并且成為殘余的應(yīng)力依然存留在焊接不銹鋼儲罐內(nèi)。

　　4.2焊接變形

　　焊接的時候因為其結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(nèi)部應(yīng)力。為了能夠?qū)��?nèi)部的熱應(yīng)力進(jìn)行均衡，不銹鋼儲罐的自身會出現(xiàn)變形現(xiàn)象，為了能夠?qū)⑵鋬?nèi)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(jié)論

　　從所構(gòu)建出的有限元模型中，把單元激活開啟過程作為基礎(chǔ)，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(jìn)行解析中，可以將材料性能跟隨溫度進(jìn)行改變的特性考慮進(jìn)來，針對該系統(tǒng)部件在焊接時所出現(xiàn)的應(yīng)力和變形進(jìn)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(nèi)進(jìn)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(yīng)力，向周邊伸展應(yīng)力為主。焊接的應(yīng)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(jìn)行降低，從而使焊接所產(chǎn)生的應(yīng)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(xiàn):

　　[1] 宗曦華. 不銹鋼儲罐焊接過程的應(yīng)力及變形特性[J]. 計算機(jī)輔助工程, 2014, 23(6):86-90.

　　[2]丁雪興, 王悅, 劉雪嶺, et al. 機(jī)械密封焊接不銹鋼儲罐波紋膜片動態(tài)應(yīng)力計算及分析[J]. 化工機(jī)械, 2008(01):37-39+43.

　　[3]吳媛媛. 機(jī)械密封焊接不銹鋼儲罐的疲勞壽命計算及分析[D].

　　[4]丁雪興, 王悅, 劉雪嶺,等. 機(jī)械密封焊接不銹鋼儲罐波紋膜片動態(tài)應(yīng)力計算及分析[J]. 化工機(jī)械, 2008, 035(001):33-35,39.

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