谈化工机械设备焊接应力产生危害及措施

胡志刚 方红卫

摘要：化工机械设备焊接的主要目的是让设备构件更加牢固，但焊接过程中零件会受到局部加热，此时零件出现收缩或者是膨胀现象，其形状或者是尺寸因此受到影响而产生变形。焊接变形属于外界作用和自身作用双重因素所引发的约束应力，也被称为焊接应力，会对焊接零件的承载力产生负面影响，促使零件出现断裂情况。本文先概述焊接应力，然后分析化工机械设备焊接应力产生的原因以及具体危害，给出应对措施，期望能够减少化工机械设备事故发生概率。

关键词：化工机械设备;焊接应力;危害

随着化工行业规模的不断扩大，化工机械设备需要承担的工作任务也逐渐增多，化工机械设备需要具备更好的运行稳定性，如此才能满足生产需求。但化工机械设备在生产过程中，其性能会受到零部件焊接的影响，在局部对零件加热的情况下，一些零件的尺寸出现变化，形状也受到影响，此时的零件会因为变形而与其设备的其他构件形成相互约束状况，该种情况被称为内应力。下文将就化工机械设备焊接应力展开详细分析。

1.焊接应力概述

化工机械设备在生产过程中必然需要经历焊接的过程，但在该工艺流程中会对零件产生焊接应力。在外力以及零件自身的作用影响下，零件的焊缝位置出现约束应力，进而对零件的局部构造产生破坏。焊缝所分布的位置不同，焊接应力的分布也会不同，焊接应力的大小和零件本身的材质、焊材的选择、焊接工艺、焊缝分布角度等均有密切联系[1]。从实际焊接形态来看，焊接应力呈现出单向应力、双向应力以及三向应力的形态。通常情况下，化工机械设备所开展的焊接工作会预留出比较厚的焊缝，此时如果焊缝因为外力影响而出现裂纹情况，就会对零件结构产生三向应力，此时零件的材料塑性会因此受到负面影响，一些零件的金属强度如果无法达到应力承载标准甚至会出现断裂的情况。焊接应力会导致零件的承载力下降，也会影响零件在化工机械设备当中的作用，进而影响到设备的运作性能。

2.化工机械设备焊接应力产生的原因

从焊接应力的形成原因来看，其根本原因主要有下述几个方面：（1）焊接过程中的方法选择不合理。该种情况是=最容易导致焊接应力过大，化工机械设备的很多部位都需要安装诸多零部件，其需要焊接的部位也比较多，此时如果不能选择合适的焊接工艺，在焊接比较复杂的零件情况下，焊接的顺序很容易出现混乱，而焊接应力产生的状态以及强度都会出现不可控的情况[2]。（2）工艺参数不合理。焊接化工机械设备当中的零件需要考虑到零件的金属材质以及零件设计的结构情况，在确定零件在整个设备中所处的位置以及需要发挥的功能以后才能够选择具体的焊接方法。此时所设置的焊接参数需要符合零件承载力需求，如果参数出现偏差，那么零件很可能因为焊接应力过大而出现断裂的情况。（3）零件焊接的数量以及焊接的位置也会对焊接应力产生影响，促使焊接应力过大而对零件结构产生破坏。前文分析中零件焊接过程中产生应力会对零件的体积以及形状产生影响，如果零件焊缝比较多且焊缝所处的位置过于紧密，那么焊接应力的状态就会出现改变，焊接应力的数值也会因此提升[3]。通常情况下处于封闭状态来开展焊接工作或者是焊接密度过大的情况下比较容易产生焊接应力。而零件焊接的尺寸以及接头的位置如果不恰当，同样会导致焊接应力数值上升，对零件外表产生局部破坏，促使零件强度降低。

3.化工机械设备焊接应力的危害

化工机械设备的焊接需要对零件进行冷却或者是加热处理，而这两个环节会促使零件的金属结构因为“热胀冷缩”原理而产生体积变化，进而对零件本身产生焊接应力。分析具体原因发现：化工机械设备的焊接主要是将零件与其他的构件焊接在一起，此时焊缝位置的金属如果处于过热或者是过冷的环境当中，其金属温度变化较大，当温度过高时，金属会因此出现体积膨胀，但如果再被放置到低温区域，则金属零件的体积又会出现收缩状态，此时两种形态下的金属零件出现热应力和压应力[4]。从零件的组织情况来看，对零件进行热处理或者是领处理都会对零件的组织结构产生影响，当零件处于热环境中，其组织密度会因此增加，体积也会出现膨胀状态，此时必然会产生焊接应力。

零件受到焊接应力的负面影响如下：一是零件在焊接过程中很容易受到焊接应力的影响，导致零件的刚度发生变化。当零件外载应力和结构当中的应力相加促使零件的刚度达到屈服点，此时零件必然会出现变形，进而直接导致外载能力下降，零件的刚度也会随之下降[5]。二是零件在焊接应力的作用下静载强度也会下降。焊接环节零件的应力并不处于集中状态，但当零件发生变形时，其残余的盈利虽然不会直接对零件结构当中的静载强度产生影响，却会因为零件长期处于脆性状态而导致零件结构当中的应力累积到可以断裂结构的强度。三是零件在焊接流程中其精度及尺寸的稳定性比较容易受到焊接应力影响。在对零件进行焊接时需要保持零件处于平衡状态。但在加工处理零件过程中，会让零件的部分位置被隔离，此时零件结构内部的盈利平衡被打破，零件的尺寸发生变化，其精准度也会因此受到影响。四是焊接应力会对零件的疲劳状态产生危害。载荷试验结果显示，当零件承载焊接应力的情况下，其疲劳极限发生改变，零件比较容易受到腐蚀。

4.化工机械设备焊接应力危害的应对措施

为了规避化工机械设备焊接环节对零部件所产生的危害和破坏，在实际生产环节需要采取下述应对措施。

4.1调整焊缝设计角度

在焊缝布置的设计环节，可以通过角度调整的方式来减少零件焊接过程中的应力叠加情况，促使焊接应力数值得以降低。首先，避免焊缝出现较差情况，尽可能的调整焊缝的角度促使各个焊缝处于分布状态。通常情况下，两件之间的焊缝间距需要超过80毫米，尽可能减少三向应力的现象出现。在大型零部件制作过程中，可以采用对应的自动化设备，不仅能够提升零件的生产量，也能够确保零件本身的性能能够符合焊接需求[6]。例如，在进行球形容器制作过程中，可以采用盈利拼接的方式，规避断面区域出现焊缝的情况。在球形容器的过渡区域分布的焊缝可以相对集中，而断面区域的焊缝则可以分散布置，此时计算出断面区域的厚度，避免其出现受热差异过大的情况，有效提升零件材料对焊接应力的承载能力。

4.2规范焊接工艺

焊接环节所选择的工艺需要具备合理性，确保能够在焊缝本身的刚性较小的情况下开始焊接工作。该种方式能够尽可能的保持零件处于收缩状态来进行焊接，而焊接應力也会因此而得以调整。如果零件焊接所需要预留的焊缝比较大，则需要先从对角开始焊接，然后再以焊接角焊缝的方式完成焊接工作。如果零件本身的体积比较大，需要在焊接的时候将部分收缩情况抵消，则可以先使用圆头小锤对焊缝的位置进行敲击，促使焊缝当中原本的应力降低。但该环节需要注意锤击所使用的力度和角度，避免对焊接位置表面造成缺陷，从而影响到零件的结构。

5.结束语

综上所述，化工机械设备的焊接工艺很容易产生负面问题，焊接应力会促使化工机械设备的质量以及使用性能下降。为此，需要在生产化工机械设备过程中注意对零件设计角度的调整，促使焊接应力通过角度调整的方式强化零件刚性。焊接流程中也需要选择合适的焊接工艺，在焊接之前对零件提前预热，尽量减少零件温差变化过大。在对焊接工艺进行针对性处理的情况下，零件因为局部加热所受到的损害被削弱，化工机械设备的整体性能也会因此增强。

参考文献：

[1]陈碧华. 化工机械设备的新型防腐设计及措施分析[J]. 粘接，2019，040（008）：83-86.

[2]鲁国武， 鲁翠侠. 化工机械设备的常见问题与管理[J]. 粘接， 2019， 040（005）：187-189.

[3]石军朝.浅析化工机械设备腐蚀的原因及防腐措施[J]. 化工管理，2018，000（022）：129.

[4]韩雨蒙.浅谈化工机械设备的管理措施及维护[J].民营科技，2018， No.217（04）：177.

[5]李阳.浅谈化工机械设备的防腐设计及措施[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2019，570（03）：184-185.

[6]岑颙.浅谈化工机械设备的防腐设计与应对措施[J]. 中国化工贸易，2018，010（002）：25.