如何減少和消除電機焊接結(jié)構(gòu)件應力？

為了使電機適應不同運行工況，設(shè)計上應針對防護、支撐、強度等諸多要素進行必要的結(jié)構(gòu)改進，衍生出各類產(chǎn)品系列。對于批量不大或大型電機，為避免縮短交付周期、投入過多復雜的工裝模具，焊接已成為結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的一項重要工藝。但是，設(shè)備和人為等因素的影響，導致焊接應力消除不到位，構(gòu)件變形引起的質(zhì)量問題頻頻出現(xiàn)。
焊接應力究竟是如何產(chǎn)生的？第一，由于焊接過程中局部加熱，導致構(gòu)件溫度分布不均勻，從而造成各處的膨脹和收縮變形差異大；第二， 各處焊接接縫形式不同，使得焊接時金屬散熱條件有所差別，導致融化金屬凝固時，產(chǎn)生的收縮量不同；第三，焊接熱循環(huán)作用下，金屬組織相變，比如奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體或者鐵素體。除了以上常見原因，還有一件事不可忽視，就是焊接件前期經(jīng)歷冷沖壓等工藝而具有較高的內(nèi)應力等。
為了減少焊接應力，焊縫應盡量布置在工作應力比較小的地方；防止焊縫密集和交叉；還可以采取局部降低剛度的方法，如開應力釋放槽；也可以采用合理的接頭形式，避免采用搭接接頭；必要時采取振動等措施消除或降低焊接應力。
減少和消除焊接應力的辦法
1高溫回火
利用高溫回火來消除焊接殘余應力由于構(gòu)件殘余應力的最大值通常可達到該種材料的屈服點，而金屬在高溫下屈服點將降低。所以將構(gòu)件的溫度升高至某一定數(shù)值時，應力的最大值也應該減少到該溫度下的屈服點數(shù)值。如果要完全消除結(jié)構(gòu)中的殘余應力，則必須將構(gòu)件加熱到某屈服點等于零的溫度，所以一般所取的回火溫度接近于這個溫度。
2振動法
利用振動法來消除焊接殘余應力構(gòu)件承受變載荷應力達到一定數(shù)值，經(jīng)過多次循環(huán)加載后，結(jié)構(gòu)中的殘余應力逐漸降低，即利用振動的方法可以消除部分焊接殘余應力。有一種大型焊件使用振動器消除應力的裝置。振動法的優(yōu)點是設(shè)備簡單、成本低，時間比較短，沒有高溫回火時的氧化問題，已在生產(chǎn)上得到一定應用。
3預熱法
利用預熱法來控制焊接殘余應力構(gòu)件本體上溫差越大，焊接殘余應力也越大。焊前對構(gòu)件進行預熱，能減小溫差和減慢冷卻速度，兩者均能減小焊接殘余應力。預熱法經(jīng)常用于減小合金鋼（奧氏體不銹鋼除外）、厚板、剛度大的構(gòu)件焊接時產(chǎn)生的應力。若構(gòu)件整體預熱有困難時，可采用局部預熱，即在焊縫及其兩側(cè)不少于80mm處進行加熱。因為加熱區(qū)太窄，會造成新的溫差應力。
4降低結(jié)構(gòu)局部剛度
利用降低結(jié)構(gòu)局部剛度控制焊接殘余應力構(gòu)件的剛度增加時，焊后的殘余應力將顯著加大。因此，在條件許可時，焊前采取一定的工藝措施，將焊接區(qū)域的局部剛度降低，能有效地降低焊接殘余應力。例如，一圓形封頭補焊時，需加一塞塊。因封頭較厚又是封閉焊縫，所以焊接應力很大，焊后在焊縫中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)裂紋。在靠近焊縫處開兩圈緩和槽，降低了接頭處的局部剛度，使焊接應力大為降低，有效地防止了裂紋。
5加熱減應區(qū)
利用“加熱減應區(qū)法”來控制焊接殘余應力焊接時，加熱那些阻礙焊接區(qū)自由伸縮的部位，使之與焊接區(qū)同時膨脹和同時收縮，就能減小焊接應力，這種方法稱為“加熱減應區(qū)法”，加熱的部位就稱之為“減應區(qū)”。利用“加熱減應區(qū)法”減小焊接應力，關(guān)鍵在于正確選擇“減應區(qū)”的部位，總的原則是選擇那些阻礙焊接區(qū)自由膨脹和伸縮的部位。必須注意，焊接區(qū)本身絕不能作為減應區(qū)的部位，因為那時焊接應力非但不減小，相反還會增加。實際操作時，檢驗減應區(qū)的部位是否選擇正確，可用氣體火焰在該處加熱一下，若焊接縫隙處張開，則表示選擇正確。
6錘擊焊縫區(qū)
用錘擊焊縫區(qū)來控制焊接殘余應力。焊接殘余應力產(chǎn)生的根本原因是由于焊縫在冷卻過程中的收縮，因此，焊后用小錘輕敲焊縫及其鄰近區(qū)域，使金屬展開，能有效地減少焊接殘余應力。據(jù)測定，利用錘擊法可使殘余應力減少四分之一，最多可以達到一半。
錘擊焊縫時，構(gòu)件溫度應當維持在100~150℃之間，或在400℃以上，避免在200~300℃之間進行，因為此時金屬正處于藍脆階段，若錘擊焊縫容易造成斷裂。
多層焊時，除第一層和最后一層焊縫外，每層都要錘擊。第一層不錘擊是為了避免產(chǎn)生根部裂紋；最后一層通常焊得很薄，主要是為了消除由于錘擊而引起的冷作硬化。