局部焊后热处理加热宽度的经验确定方法

【摘要】中职学生综合计算能力偏弱，理解和记住简单的定律、经验及经验公式，能够扬长避短，为专业学习和实践跨越看似不可逾越的障碍。局部焊后热处理通常用来改善焊接接头的性能和消除焊接残余应力。影响局部焊接后热处理的因素很多，其中加热宽度是最重要的一个控制参数。对比资料和实验发现，局部热处理后的最大残余应力随加热宽度的增加而降低，当加热宽度达到一定值时，残余应力变化十分缓慢，从这一现象中可以找到一个临界加热宽度，其残余应力值与均匀热处理时十分接近，通过系列实验和计算，在管焊中总结出经验加热宽度公式B=5KF(〗rqKF)〗。虽说它是经验公式，但有严格的科学证明过程。学生只要理解和记住这个公式就能够“现学现卖”，快速转化成相关项目的实践能力。

【关键词】焊后热处理；残余应力；加热宽度；经验公式 通过我们自身的学习和教学经验知道，年级越低的教育中经验公式和定律就越多，年级超高反而越少。这是由于低年级的受教育者尚不具备必要的知识和能力去发现规律，只能在已有经验公式和定律的基础上去认识现象和事物。相反，高年级的受教育者则逐步开始去反思和求证哪些熟知的公式和定律的正确性，并在这个过程中升华自我的知识和能力。比如圆周率π和圆面积S=πr2，中学开始我们就烂熟于胸，而大学时候我们才去证明它的正确性。显而易见，这种知识的处理原则是正确的，符合人的认知规律和学习规律。中职教育是职业

教育中的低年级教育，也适合在教育教学中应用这一原则，尤其是定律、经验及经验型公式的学习应为一个重点。这样能够使中职业学生扬长避短，为专业学习和实践跨越看似不可逾越的障碍。当然，作为教育工作者我们要为自己传授的定律、经验及经验公式负责，保证其必要的科学性。

在我校焊接专业《金属材料与热处理》课程教学中，由于焊管焊后热处理是一个具有较广应用的知识点，因此我采用上述原则向学生介绍了局部焊后热处理加热宽度经验公式 B=5KF(〗rqKF)〗（B加热半宽，r管子内径，q为管子壁厚）。经验及经验公式对中职焊接专业学生来讲易学、易掌握、好应用。

焊后热处理的主要目的是为了改善焊接接头的性能和消除焊接残余应力，例如改善接头的韧性和抗应力腐蚀裂纹的能力。当难以在炉内整体热处理，或技术和经济原则没有必要整体热处理时，通常采用局部热处理方法。影响热处理的p1. 蠕变的粘弹塑性有限元分析

由于热处理时高温停留时间较长，因而必须考虑材料的蠕变行为，即应力随时间松弛的过程。在粘弹塑性有限元分析时，总的应变增量d ε应包括弹性应变增量、塑性应变增量、蠕变增量和热应变增量，即：

假定在很短的时间增量dt内，σ、b和n保持不变量，即常数，

对公式（1）、（2）、(3)和(4)进行联立，可推导出蠕变的粘弹塑性有限元分析的应力应变存在内在关联。

2. 加热宽度经直接定方法

采用一个轴对称有限元模型，取管子的一半进行分析。分析内容包括传热和粘弹塑性应力分析两部分。可对局部热处理时的加热和冷却速度及均热温度和保温时间进行自动控制。该实验是在局部热处理条件下寻找一个足够的加热宽度，使其得到一个与整体均匀热处理相当的残余应力消除效果。图1所示局部热处理后的最大残余应力随加热宽度的增加而降低，当加热宽度达到一定值时，残余应力变化十分缓慢，且与均匀热处理时的残余应力十分接近，以此作为临界加热宽度。

3. 局部焊后热处理引起的热应力和残余应力思考

理想状态的整体均匀加热和冷却不会产生热应力。局部热处理时因温度的不均匀性，应考虑热应力和残余应力。由于热处理高温仪时间较长，还应考虑蠕变分析以及材料性能随温度的变化。管子直径D，厚度q和半长L分别为1000mm,25mm和1000mm。热处理最高温度T

M ，加热速率V

H和温时间t

H分别为600℃，220℃/h

和1h，加热半宽B=80mm。图2为在整个局部热处理过程中管子内边中心热应力的变化曲线。显而易见，考虑蠕变的残余应力要比不考

虑蠕变时大。也就是说，蠕变应变有可能引起附加的残余应力。图3所示为弹性模量对热应力变化曲线的影响。弹性模量设置为常数（130GPa）和随间时变化两种情况。结果表明弹性模量随温度的变化对热应力有重要影响。在冷却过程中弹性模量逐渐回复变大，热应力也随之增大，并在室温时保留一定残余应力。