背面冷却对316L对接接头焊接残余应力和变形的影响

韩成才，曹嘉晨，郭龙龙

(西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安 710065)

引 言

316L不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和焊接性能、机械加工性能和综合力学性能，被广泛地应用于石油、化工、核电、海洋装备、航空航天等工程领域[1-3]。同时，焊接技术是大型构件连接的必要技术手段，因此受到国、内外工程界和研究人员越来越多的关注。然而，焊接过程中的不均匀加热和冷却，导致焊后在结构内部存在较高水平的残余应力[4]。残余应力不仅促使裂纹萌生、扩展，对结构的尺寸稳定性、疲劳性能有不利影响，而且会引起应力腐蚀，威胁焊接结构的安全[5-7]。因此，非常有必要采取合理的措施，有效地降低焊接接头的残余应力。

降低残余应力的方法有：去应力退火、振动时效、锤击、温度拉伸消除应力处理、超声冲击等[8]。部分学者探讨了焊缝背面强制冷却对残余应力的影响。如，陆雪冬等[9]研究指出，焊缝背面施加随焊雾化水冷可以有效地控制焊接变形；吴铭方等[10]研究指出，与空气中冷却相比，随焊背面水冷改善了焊接残余应力的分布，尤其是降低了残余拉应力的峰值；Jiang等[11]研究表明，背面强制散热能有效地降低焊缝表面的残余应力，焊缝表面的纵向残余应力降低幅度达20%；Yegaie等[12]研究了背面强制冷却对Monel 400对接接头温度场和残余应力的影响，结果表明，背面强制冷却促使TIG焊缝高温区的峰值温度低于空气中冷却，导致焊缝区域的残余应力峰值较低。

目前，鲜有关于焊缝背面强制冷却对316L不锈钢焊接接头残余应力、变形影响的报道。……