焊接残余应力与消除方法
浅谈焊接残余应力控制措施及消除方法
浅谈焊接残余应力控制措施及消除方法摘要：文章主要阐述了焊接结构在焊接过程中产生的残余应力及应力的消除方法，主要说了焊接残余应力的分布、焊接残余应力施工中的控制、焊后消除焊接应力的方法。
关键词：焊接残余应力控制措施消除方法前言随着焊接技术的迅速发展，在短短的几十年中焊接已是工业技术中的重要方法之一。
如建筑钢结构、压力容器、船舶、车辆等中几乎全部用焊接代替了铆接。
部分过去一直用整铸整锻方法生产的大型毛坯也改成了焊接结构，焊接技术不仅大大减化了生产工艺，而且还降低了很多成本。
但是实际焊接中也存在不少问题，如焊接的内应力、焊接结构的变形、焊接结构的脆性断裂、焊接结构的疲劳强度等都直接影响着焊接的质量。
本文就对焊接残余应力进行具体分析。
一、焊接残余应力的分布在厚度不大（δ<15-20mm）的常规焊接结构中，残余应力基本上是双轴向的，厚度方向上的应力很小。
只有的大厚度的焊接结构中，厚度方向的应力才比较大。
焊接应力分别有焊缝方向的纵向应力、垂直焊缝方向的横向应力和厚度方向的应力。
二、焊接残余应力施工中的控制在焊接过程中采用一些简单的工艺措施往往可以调节内应力，降低残余内应力的峰值，避免在大面积内产生较大的拉应力，并使内应力分布更为合理。
这些措施不但可以降低残余应力，而且也可以降低焊接过程中的内应力。
因此有利于消除焊接裂纹。
现在把这些措施分述于后：1、采用合理的焊接顺序和方向尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量比较大的焊缝。
如带盖板的双工字钢构件，应先焊盖板的对接焊缝，后焊盖板和工字钢之间的角焊缝，使对接焊缝能自由收缩，从而减少内应力。
先焊工作时受力较大的焊缝，如在工地焊接梁的接头时，应先留出一段翼缘角焊缝最后焊接，先焊受力最大的翼缘对接焊缝，然后焊接腹板对接焊缝，最后再焊接翼缘角焊缝。
这样的焊接次序可以使受力较大的翼缘焊缝预先承受压应力，而腹板则为拉应力。
翼缘角焊缝留在最后焊接，则可使腹板有一定的收缩余地，同时也可以在焊接翼缘板对接焊缝时采取反变形措施，防止产生角变形。
焊接残余应力产生原因分析及消除方法
（2）运用三维模型装配仿真对打磨掉干涉区域后的前承力机匣和IGB机匣进行模拟装配，结果显示可实现装配；（3）实物装配IGB机匣与打磨后的前承力机匣，可顺利完成装配；（4）装配后的发动机在完成其原定试验计划后，未出现任何潜在问题。
通过三维装配仿真可有效地为设计及排故等提供有力的技术支持，节省由于设计等不合理带来的返工、时间以及其他成本的浪费。
5结语目前发动机装配分析主要是对比典型民用航空发动机装配顺序和装配路径，定性地判断整机装配性，无法准确判断实际装配情况。
通过三维仿真装配技术，在方案设计阶段，建立发动机装配仿真模型，进行三维静态、动态干涉检查，规划整机装配路径，可最大程度地暴露并提前解决装配过程存在的干涉问题，保证实际装配可行性，提高装配效率，节约成本。
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控制和消除焊接应力的措施及方法
ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2012 03120实践与探索E xploration控制和消除焊接应力的措施及方法文/鲁兆鹏一、控制焊接应力的措施焊接以后留下一定的残余应力是不可避免的，但是可以通过恰当的工艺措施给予一定程度的控制和调节，使应力值尽可能减小，分布尽可能合理。
焊接应力是由于焊后收缩受到制约造成的，制约越严重，内应力也就越大。
因此，控制内应力的方法虽有多种，但基本原则只有一个，就是缓和对焊缝收缩的制约。
通常采用的工艺措施有以下几种。
１．采用合理的焊接次序 所谓合理的焊接次序，主要是应该尽量使焊缝能比较自由地收缩，特别是那些收缩比较大、残余应力比较大的焊缝。
图1是拼接工字梁的情况。
这时应事先留出一段翼板——腹板角焊缝3，先焊接受力最大的翼板对接焊缝l，然后再焊接腹板对接焊缝2，最后焊满角焊缝3。
这种焊接次序可以使翼板的对接焊缝预先受压应力，而腹板对接缝受拉应力。
角焊缝留在最后焊可以保证腹板有一定的收缩余地，同时也有利于在翼板对接焊时采取反变形措施以防止角变形。
实验证明，这样焊成的梁的疲劳强度比先焊腹板的梁高出30％。
图1 工字梁拼接２．预热法焊接温差越大，残余应力越大，同时从组织转变来说，冷却速度越快组织应力也越大。
预热可以达到减小温差和减慢冷却速度的目的，从而减小焊接应力。
焊件是否需要预热，主要是从钢材的化学成分、厚度和结构刚度等方面来考虑，而预热温度的选择则主要是根据钢材的化学成分来确定。
一般来说，钢材含合金元素越多，越容易形成淬硬组织；而合金元素含量越多的钢材，就越需要预热，同时预热温度也偏高。
钢板越厚越要求预热。
因为钢板越厚散热越快，冷却越快，就越需要通过预热来减慢冷却速度。
所以对一些含合金元素较低的钢种不需要预热，但钢材若具有一定厚度时就要增加一道预热工序。
刚度越大的结构，越需要预热。
因为结构的刚度越大，焊缝收缩所受到的制约也越大，应力就越大，所以需要通过预热来降低焊接应力。
３．同步收缩法焊缝（确切地说是有效区段）的收缩因受到旁边冷金属的牵制而形成拉应力，也就是说，有效区段旁边的较冷的金属不允许它收缩，从而形成较大的应力。
焊接应力产生的原因及处理方法
焊接应力产生的原因及处理方法焊接是一种常见的金属连接方法，常用于制造业和修复工程中。
然而，焊接过程中产生的焊接应力却是一个常见的问题，可能导致焊接结构的变形、开裂甚至破坏。
了解和处理焊接应力是非常重要的。
一、焊接应力的原因1. 温度梯度引起的收缩应力：焊接过程中，焊接区域会受到短时间内的高温冲击，而周围区域的金属温度则较低。
这样的温度梯度将导致焊接区域产生热收缩，而周围区域则保持相对稳定，从而引起焊接应力。
2. 相变引起的体积变化：在焊接过程中，金属的结构可能发生相变，如固态相变或晶体结构重排。
这些相变往往伴随着体积的变化，从而引起焊接区域的应力。
3. 材料匹配问题：如果焊接材料与基材存在差异，如化学成分、热膨胀系数等方面的不匹配，焊接过程中可能会引起应力。
4. 焊接变形的限制：焊接过程中，由于局部加热和相变的影响，金属可能发生形状变化。
而焊接变形的限制，如约束或夹具，会阻碍焊接结构的自由变形，从而产生应力。
5. 焊接过程参数的选择：焊接过程中的工艺参数选择不当，例如焊接速度、电弧电流或电压等方面的选择错误，可能导致焊接区域过热或冷却不充分，进而产生焊接应力。
二、焊接应力的处理方法1. 预热和后热处理：预热焊接材料可以减少焊接区域的温度梯度，从而降低焊接应力的产生。
后热处理可以通过对焊接结构进行加热和冷却的控制，缓解或消除焊接应力。
2. 选择合适的焊接材料：选择合适的焊接材料，包括焊丝、焊条和填充材料，可以减少焊接区域与基材之间的差异，从而降低焊接应力。
3. 使用轻量化结构设计：在焊接结构的设计过程中，考虑减少焊接材料的使用量，避免产生不必要的焊接应力。
4. 控制焊接过程参数：通过合理选择焊接速度、电流、电压等参数，控制焊接过程的热输入和冷却速度，从而降低焊接应力的产生。
5. 合理约束和夹具设计：在焊接过程中，合理约束和夹具的设计可以防止过大的焊接变形，减少焊接应力的产生。
三、对焊接应力的个人观点和理解焊接应力是焊接过程中的一个常见问题，对于确保焊接结构的长期稳定和性能的发挥至关重要。
钢结构的焊接残余应力与消除方法
钢结构的焊接残余应力与消除方法摘要：钢结构在焊接的过程中，经常会有焊接参与应力的存在，这会对其总体的施工质量及使用质量产生一定的影响，为了消除这种焊接残余应力，要对其形成原因及影响因素进行分析，在此基础上提出相关的消除措施，本文就针对此予以简单分析。
关键词：钢结构；焊接残余应力；消除在钢结构的施工过程中，其中一种非常重要的施工工艺就是焊接，这是一个非常复杂的过程，其中涉及到力学、冶金、传热、电弧物理等各个学科的，在进行钢结构的焊接时，为了保证其焊接质量及各种使用性能参数，对其焊接残余应力的产生原因进行分析，并提出相关的消除方法是非常必要的。
一、焊接残余应力的概念在进行钢结构中的相关构件的焊接时，会产生一定的内应力即焊接应力，而这种焊接应力的作用时间的长短是有一定的区别的，按照其作用时间的长短有焊接残余应力与焊接瞬时应力的区别，焊接瞬时应力的作用会在焊接之后的短时间内消失，而另一部应力会在焊接结束之后残留于构件之中，继续作用，这种焊接应力就是焊接残余应力。
二、钢结构焊接残余应力的产生原因通过试验分析发现，产生焊接残余应力的原因是多种多样的，对其主要的产生原因进行分析，可以得出以下几点：（1）焊接方法及焊接顺序的不合理会导致焊接残余应力的出现，尤其是对于一些焊接部位较多，焊接程序复杂的构建来说，采用不同的焊接顺序进行焊接，最终产生的焊接应力也是不尽相同的。
（2）焊接工艺参数设置不合理，在构件的焊接过程中，需要综合考虑构建的结构、材质、厚度等各种因素才能进行焊接方法的选择及焊接参数的设置，否则很容易在焊接的过程中形成凹坑、气孔、裂纹等缺陷。
（3）焊缝的位置及数量分布的不合理，如果在构件的焊接过程中具有较多的封闭焊缝，并且不同焊缝的疏密程度具有较大差别，甚至出现焊缝的相互交叉，这种现象的存在，很容易导致较大焊接残余应力的产生。
（4）焊缝的接头形式、尺寸等设计不合理，焊缝尺寸的大小与焊接应力的大小有着直接的关系，并且焊接间隙、焊接坡口形式、焊接零件之间的搭接方式等都会对焊接残余应力的大小产生直接的影响。
防止和减少焊接残余变形与应力的措施
防止和减少焊接残余变形与应力的措施随着现代制造业的发展，焊接在各行各业中扮演着至关重要的角色。
无论是航空航天、汽车制造还是建筑工程，在这些领域中，焊接都是不可或缺的连接工艺。
然而，随之而来的焊接残余变形与应力问题也愈加引起人们的关注。
焊接过程中产生的残余变形与应力，不仅会影响工件的外观质量，还可能引发裂纹和变形等问题，严重影响其使用性能和寿命。
如何有效地预防和减少焊接残余变形与应力，成为了焊接工艺中的重要课题。
1.选材：材料的选择对于焊接残余变形和应力的控制至关重要。
在焊接过程中，通常会选择具有较高熔点和较小线膨胀系数的材料，以减少焊接时热影响区的热变形；还应根据实际情况选择合适的填充材料。
2.焊接方式：合理选择焊接方式是减少焊接残余变形和应力的关键。
一般来说，采用低热输入、低变形的焊接方式，例如脉冲焊、激光焊等，能够有效降低焊接工件的残余变形和应力。
3.焊接顺序：合理规划焊接顺序也是减少残余变形和应力的重要手段。
通常情况下，应该首先焊接边缘，然后逐渐向内焊接，以减少焊接区域的热输入，降低残余变形和应力。
4.预热和后热处理：在一些情况下，通过预热和后热处理也能有效减少焊接残余变形和应力。
预热能够降低材料的硬度，减少焊接残余应力；后热处理则能够通过回火或退火处理，消除残余应力，提高焊接接头的韧性和稳定性。
5.夹具和辅助装置：采用合理的夹具和辅助装置也能有效减少焊接残余变形和应力。
夹具的设计应在尽量避免约束工件的能够保证焊接接头的稳固性；而辅助装置则可以提供额外的支撑，减少工件在焊接过程中的变形。
总结回顾：在焊接工艺中，预防和减少焊接残余变形与应力是至关重要的。
通过合理选材、焊接方式、焊接顺序、预热和后热处理、夹具和辅助装置等措施，可以有效控制焊接过程中的残余变形和应力，保证焊接接头的质量和稳定性。
个人观点：作为焊接工艺的重要环节，防止和减少焊接残余变形与应力对于提高焊接接头的质量和稳定性至关重要。
如何消除或减小焊接残余应力
如何消除或减小焊接残余应力作者：张晓会来源：《职业·下旬》2011年第04期焊接残余应力是焊接结束后残留在焊件内的应力，残余应力对焊接结构的强度、腐蚀和尺寸稳定性等使用性能造成影响。
虽然在结构设计时，考虑了残余应力的问题，在工艺上也采取了一定的措施来防止或减小焊接残余应力，但由于焊接应力的复杂性，结构焊接完以后仍然可能存在较大的残余应力。
另外，有些结构在装配过程中还可能产生新的残余应力，这些焊接残余应力及装配应力都会影响结构的使用性能。
常用的消除或减小残余应力的方法，有以下几种。
一、热处理法热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象，达到松弛焊接残余应力的目的。
同时，热处理还可改善焊接接头的性能。
生产中常用的热处理法，有整体热处理和局部热处理两种。
1.整体热处理将整个结构件缓慢加热到一定的温度（低碳钢为650℃），并在该温度下保温一定的时间（一般按每mm板厚保温2－4min，但总时间不少于30min），然后空冷或随炉冷却。
整体热处理消除残余应力的效果取决于加热温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围，一般可消除60%－90%的残余应力，在生产中应用比较广泛。
2.局部热处理对于某些不允许或不可能进行整体热处理的焊接结构，可采用局部热处理。
局部热处理就是对构件焊缝周围的局部应力很大的区域及其周围，缓慢加热到一定温度后保温，然后缓慢冷却，其消除应力的效果不如整体热处理，它只能降低残余应力峰值，不能完全消除残余应力。
对于一些大型筒形容器的组装环缝和一些重要管道等，常采用局部热处理来降低结构的残余应力。
例如，在铺设热力管道的过程中，焊接结束时常采用氧乙炔焰对焊缝进行局部加热，来降低焊接部位的残余应力。
二、机械拉伸法机械拉伸法是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，以达到松弛残余应力的目的。
实践证明，拉伸载荷加的越高，压缩塑性变形量就抵消得越多，残余应力消除得越彻底。
焊接残余应力分析及消除方法
焊接残余应力分析及消除方法一、什么是焊接应力焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。
焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。
焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。
在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。
焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观。
二、焊接应力的危害焊接残余应力对焊件有 6个方面的影响：①对强度的影响：如果在高残余拉应力区中存在严重的缺陷，而焊件又在低于脆性转变温度下工作，则焊接残余应力将使静载强度降低。
在循环应力作用下，如果在应力集中处存在着残余拉应力，则焊接残余拉应力将使焊件的疲劳强度降低。
焊件的疲劳强度除与残余应力的大小有关外，还与焊件的应力集中系数应力循环特征系数和循环应力的最大值有关其影响随应力集中系数的降低而减弱，随的降低而加剧，随的增加而减弱。
当接近于屈服强度时，残余应力的影响逐渐消失。
②对刚度的影响：焊接残余应力与外载引起的应力相叠加，可能使焊件局部提前屈服产生塑性变形。
焊件的刚度会因此而降低。
③对受压焊件稳定性的影响：焊接杆件受压时，焊接残余应力与外载所引起的应力相叠加，可能使杆件局部屈服或使杆件局部失稳，杆件的整体稳定性将因此而降低。
残余应力对稳定性的影响取决于杆件的几何形状和内应力分布。
残余应力对非封闭截面（如工字形截面）杆件的影响比封闭截面（如箱形截面）的影响大。
④对加工精度的影响：焊接残余应力的存在对焊件的加工精度有不同程度的影响。
焊件的刚度越小，加工量越大，对精度的影响也越大。
⑤对尺寸稳定性的影响：焊接残余应力随时间发生一定的变化，焊件的尺寸也随之变化。
焊件的尺寸稳定性又受到残余应力稳定性的影响。
⑥对耐腐蚀性的影响：焊接残余应力和载荷应力一样也能导致应力腐蚀开裂。
焊接残余应力的消除方法详解-精
焊接残余应力的消除方法焊接残余应力是焊接技术带来的一个几乎无法避免的缺陷，其危害众所周知。
当焊接造成的残余应力会影响结构安全运行时，还需设法消除焊接残余应力，改善焊接接头的塑性和韧性，以提高焊件结构性能。
一、焊接的应力与应变：在接过程中，由于焊接件产生温度梯度，接头组织和性能的不均匀，就会在焊件内产生应力和应变。
焊后残留在焊件内的焊接应力就是焊接残余应力，它是没有外载荷作用时就存在的应力。
二、焊接残余应力的危害：焊接残余应力与外载荷产生的应力叠加，局部区域应力过高，使结构承载能力下降，引起裂纹和变形，使焊件形状和尺寸发生变化，需要进行矫形。
变形过大会因无法矫形而报废甚至导致结构失效。
三、减少焊接残余应力和变形的措施：①设计②焊接工艺如：➢尽量减少焊接接头数量➢相邻焊缝间应保持足够的间距➢尽可能避免交叉，避免出现十字焊缝➢焊缝不要布置在高应力区➢焊前预热等等四、焊后残余应力的消除方法消除焊接残余应力的方法有：热处理、锤击、振动法和预载法等。
1、热处理消除法焊后热处理是一种消除焊接残余应力常用的方法。
工程上我们主要用退火处理，退火温度越高、保温时间越长，消除焊接残余应力的效果就越好。
但是温度过高，使工件表面氧化比较严重，组织可能发生转变，影响工件的使用性能，存在弊端。
蠕变应力松弛理论为热处理消除焊接残余应力提供了另一条思路，工件在较低温度时会发生蠕变，材料内部的残余应力会因应力松弛而得到释放，只要保温时间足够长，理论上残余应力可完全消除。
在低温消除焊接残余应力时，材料的组织和性能变化甚微，几乎不影响材料的使用性能，而且低温处理材料表面的氧化和脱碳也比较小，这就可以在材料的力学性能和组织基本不变的情况下达到降低材料焊接残余应力的目的。
2、锤击消除法焊后采用带小圆头面的手锤锤击焊缝及近缝区，使焊缝及近缝区的金属得到延展变形，用来补偿或抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，使焊接残余应力降低。
锤击时要掌握好打击力量，保持均匀、适度，避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。
压力容器中焊接残余应力的消除对策
压力容器中焊接残余应力的消除对策摘要：压力容器作为一种密闭容器，它既能够装载液体气体等物质，而又能承载物质所带来的压力，也是化工行业必不可少的储存原料的设备仪器。
焊接质量是压力容器能否使用和影响容器寿命的关键因素，消除残余应力是保证压力容器质量和化工企业员工人身安全以及财产安全的重点之一。
因此，本文主要分析了焊接残余应力的形成及危害，焊接残余应力的测量，消除焊接残余应力的对策以及关于消除焊接残余应力方法的评估及建议。
关键词：压力容器；焊接残余应力；消除对策1引言压力容器的焊接残余应力是非常有害的，压力容器大部分损坏，这与焊接残余应力有关。
随着我国石油化工工业的发展，压力容器正朝着耐高温、高压或耐低温及大型化方向发展，这就给压力容器的制造提出了更高的要求。
焊缝中的焊接残余应力是压力容器的隐患，它对结构的强度、稳定性和抗腐蚀性能具有很大的削弱或破坏作用，甚至造成严重事故。
因此，有必要对焊接残余应力消除对策做深入的研究，以便为压力容器的合理设计、工艺选择、安全运行、检验和维修提供科学依据。
2焊接残余应力的形成及危害在焊接过程中，一方面由于不均匀加热的温度梯度造成焊接区冷却收缩而产生热应力，另一方面由于在冷却中组织的转变引起的体积变化而造成了组织应力，这样焊件在冷却过程中由于焊接区体积变化受阻，即使温度回到原始的均匀状态以后，内应力仍然残留在结构中，这就是焊接残余应力。
它的危害表现在焊接区收缩时因受阻而发生拉应变，当超过材料的最大拉应变，则会在焊接区造成裂纹，当残余应力与焊缝中残存的氢结合时，还会促使热影响区硬化，导致冷裂纹及延迟裂纹的产生；焊接残余应力的存在还会降低焊接区金属的塑性和抗疲劳强度，这对承受动载荷的结构危害很大；同时当残余应力与特定介质的腐蚀作用结合时，还会引起裂纹状腐蚀，即所谓应力腐蚀，研究结果表明，变形和残余应力对金属材料的主要影响，在于使金属从均匀腐蚀转变为局部腐蚀!即转变为晶间或穿晶腐。
改善残余应力的方法及特点
改善残余应力的方法及特点
改善残余应力的方法主要有以下几种：
1. 热处理：将构件加热至某一温度（根据构件材料的不同而异），并保持一段时间，使构件内部的残余应力得到释放。
然后，将构件缓慢冷却至室温。
这种方法可以有效消除构件内部的残余应力，提高构件的机械性能和寿命。
需要注意的是，热处理过程中应避免过热或加热不均匀，否则会导致构件变形或脆断。
2. 振动消除应力：通过振动构件来释放残余应力。
这种方法通常将构件放置在振动台上，以一定的频率和振幅进行振动。
振动过程中，构件内部的残余应力得到释放，从而提高构件的机械性能和寿命。
3. 超声波消除应力：利用超声波在构件中传播时产生的摩擦和振动来释放残余应力。
这种方法通常使用超声波发生器产生高频超声波，使构件内部的残余应力得到释放。
4. 自然时效：将构件放置在自然环境中，利用气候条件释放残余应力。
5. 喷丸处理、激光处理、深冷处理等方法也可以改善残余应力。
这些方法各有特点，可以根据具体情况选择适合的方法来改善残余应力。
焊接残余应力产生原因分析及消除方法
焊接残余应力产生原因分析及消除方法摘要：焊接应力即是在焊接结构时由于焊接而产生的内应力，它可以依据产生作用的时间被分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。
所谓焊接瞬时应力是指在焊接的过程中某一个焊接瞬时产生的焊接应力，它是会跟着时间的变化而发生变化的，而在焊接之后，某一个受到焊接的焊件内还残留的焊接应力被称为焊接残余应力。
关键词：焊接残余应力；原因；消除方法1产生焊接残余应力的原因之所以会产生焊接残余应力，主要是由于焊件在焊接的过程中所受到的加热是不均匀的。
按照焊接残余应力的发生来源，可将焊接残余应力分为直接应力、间接应力和组织应力三种。
（1）直接的焊接应力是焊接残余应力所产生的最主要的原因，它是受到不均匀的加热和冷却之后所产生的，根据加热和冷却时的温度梯度而发生变化。
（2）间接的焊接应力则是焊件由于焊前的加工状况造成的应力。
焊件在受到轧制和拉拔时会产生一定的残余应力。
间接的残余应力如果在某一种场合下叠加到焊接的残余应力上去，焊件受到焊接发生变形，也会将其影响附加到焊接残余应力上去。
而且，焊件一旦受到外来的某一种约束，产生相应的附加应力，也属于间接应力的范畴。
（3）组织应力也就是由相变造成的比容变化而产生的应力，它的产生是由于焊件的组织发生了变化。
虽说组织应力会由于含碳量和材料其他成分的不同而产生差异，但我们一般都会将其所产生的影响进行分析研究。
2焊接残余应力控制方法2.1焊接结构焊接是产生焊接残余应力的根本原因，减少焊缝数量和尺寸能有效减少焊接量，通过控制焊接量可有效减少应力。
在同等焊接强度下，焊缝尺寸较小的，其焊接残余应力较小。
应尽量避免多条焊缝在同一部位集中，焊缝距离过近时，焊缝间会产生耦合，形成复杂残余应力场，焊缝间距离一般应大于3倍板厚且不小于100mm。
应尽量采用刚度较小的焊接接头形式，其结构拘束度小，能够通过变形释放焊接应力，残余应力较小。
2.2焊接工艺结构组件拆分、焊前预热、焊接参数设置、焊接顺序等对焊接应力影响较大。
消除焊接应力六种方法
消除焊接应力六种方法
焊接应力是由于热膨胀和收缩导致的应力，会导致工件变形和裂纹。
为了避免这种情况，需要采取以下六种方法来消除焊接应力。
1. 预热法：在焊接前对工件进行预热，以减少温度梯度，从而减少应力的产生。
2. 后热处理法：在焊接后对工件进行调质、退火等热处理，以消除残余应力。
3. 应力释放法：通过切割、磨削等方法，消除局部应力集中的区域，从而达到释放应力的目的。
4. 机械加工法：通过切割、磨削等机械加工方法，减小工件的尺寸，从而消除应力。
5. 退火法：将工件加热到一定温度，保持一段时间，然后缓慢冷却，以消除应力。
6. 震动法：将工件进行机械震动，以消除残余应力。
减少焊接残余应力的措施
实例三：某航空航天设备的焊接残余应力控制
航空航天设备对焊接 质量和残余应力控制 的要求极高，需要采 取更为严格的措施进 行控制。
真空袋法：将设备放 置在真空袋中，利用 气压差将设备固定在 适当位置，以减少焊 接过程中产生的残余 应力。
计算机模拟分析：采 用计算机模拟软件对 焊接过程进行模拟， 预测残余应力的分布 和大小，以便采取相 应的措施进行控制。
锤击法：在焊接过程中对焊缝进行锤击 ，以释放部分残余应力。
刚性固定法：将桥梁结构固定在刚性平 台上，焊接后保持固定一段时间，以消 除部分残余应力。
焊接顺序优化：对桥梁的焊接顺序进行 精心设计，以减少焊接过程中产生的残 余应力。
反变形法：在焊接前对桥梁结构进行预 变形，以抵消焊接后产生的变形。
实例二：某压力容器的焊接残余应力控制
高温回火处理：在焊 接后对设备进行高温 回火处理，以消除部 分残余应力。
无损检测法：采用射 线、超声波等无损检 测方法对焊接后的设 备进行检测，以确保 其质量和安全性。
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射线检测
射线检测是一种常用的无 损检测技术，通过射线穿 透物体来检测焊缝内部的 结构和缺陷。
超声检测
超声检测利用高频声波在 物体中传播的特性，检测 焊缝内部的结构和缺陷。
磁粉检测
磁粉检测适用于检测铁磁 性材料的表面和近表面缺 陷，如裂纹、气孔等。
实时监控系统
实时应力监测系统
通过在焊接过程中实时监测应力变化，及时调整焊接工艺参数，以减少残余应 力。
热处理法：对焊接后的容器进行 热处理，以消除部分残余应力。
焊后热膨胀法：在焊接后对容器 进行局部热膨胀，以消除部分残 余应力。
压力容器在焊接过程中产生的残 余应力可能导致容器破裂或泄漏 ，因此需要采取措施进行控制。
焊接过程中的变形与残余应力分析
焊接过程中的变形与残余应力分析引言：焊接是一种常见的金属连接工艺，广泛应用于制造业和建筑工程中。
然而，在焊接过程中，由于高温和冷却过程中的热收缩，会导致焊接件发生变形和残余应力。
本文将探讨焊接过程中的变形和残余应力产生的原因，并介绍一些常见的分析方法和解决方案。
一、焊接过程中的变形1.1 焊接热源对金属的影响焊接过程中，焊接热源的加热会引起焊接件的温度升高，导致焊接件发生热膨胀。
当焊接完成后，焊接件冷却时，会发生热收缩。
这种热膨胀和热收缩会导致焊接件发生变形。
1.2 焊接过程中的应力分布焊接过程中，焊接热源引起的温度变化会导致焊接件内部产生应力。
这些应力会导致焊接件发生变形。
特别是在焊接过程中，焊接件的不同部位会受到不同的应力作用，从而引起焊接件的变形。
二、焊接过程中的残余应力2.1 焊接残余应力的形成机制焊接过程中，焊接件在冷却过程中会发生热收缩，但由于焊接件与周围环境的约束，无法自由收缩。
这导致焊接件内部产生残余应力。
残余应力的大小和分布会影响焊接件的性能和使用寿命。
2.2 焊接残余应力对焊接件的影响焊接残余应力会导致焊接件发生变形、裂纹和变脆等问题。
残余应力还会降低焊接件的疲劳寿命和承载能力。
因此，对焊接残余应力进行分析和控制是确保焊接质量的重要环节。
三、焊接过程中变形与残余应力的分析方法3.1 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的分析焊接过程中变形和残余应力的方法。
通过建立焊接过程的数学模型，可以模拟焊接过程中的温度场和应力场。
这种方法可以预测焊接件的变形和残余应力，并优化焊接工艺参数。
3.2 实验方法实验方法是另一种常用的分析焊接过程中变形和残余应力的方法。
通过测量焊接件的变形和残余应力，可以了解焊接过程中的变形和残余应力分布。
实验方法可以验证数值模拟结果的准确性，并为焊接工艺的优化提供参考。
四、焊接过程中变形与残余应力的解决方案4.1 焊接变形的解决方案为了减少焊接变形，可以采取以下措施：- 优化焊接工艺参数，如焊接速度和焊接顺序，以减小热输入和热影响区域。
焊接残余应力
b区不能再承受负载，而由b区以外 (B b)* 来承受，有效面积因此有所缩小。在这种情 况下，构件的伸长将为
L' L
L'
P*L
(B b)* * E
刚度指标
tg '
p L'
(B b)*
*E/
L
t t 比没有内应力情况时小，
'
g
g
二、在焊接过程中调节内应力的措施
1、采用合理的焊接顺序和方向 （1）先焊收 缩量比较大 的焊缝。
第三阶段：当裂纹扩展到一临界值，裂纹在应 力作用下以极快的速度扩展，造成构件断裂。
由应力腐蚀引起的断裂所需的时间与 应力大小有关。应力越大，发生断裂 所需时间越短，因此，采取适当的消 除应力措施是有利于提高防腐蚀能力 的。但这并不是唯一措施，如在结构 和介质间涂防腐层，选用防腐性较好 的材料等等。
3、锤击或碾压焊缝 每焊一道焊缝，用小手锤锤击焊缝区，使焊
缝得到延伸， 从而降低内应 力。但应保持 均匀适度，避 免锤击过分产 生裂纹。碾压 法也可。
4、在结构适当部位加热使之伸长
三、焊后消除焊接内应力的措施
是否消除内应力，用什么方法消除内应力， 必须根据生产实践经验、科学实验以及经济 效果等方面综合考虑 。
1、整体高温回火 方法是整个焊接结构件加热到一定温度，然后
保温一定时间，再冷却。消除的效果取决于： 加热温度、保温时间、材料的成分和组织、应 力状态。
告诉几点结论：
（1）同一种材料，回火温度越高，保温时间 越长，应力消除的越彻底。
（2）热强性好的材料消除内应力所需的回火 温度比热强性差的高。
其数值用矩形面积abhi表示。
结论：只要材料具有一定的塑变能力，残余 应力并不影响构件的静载强度。而材料具有
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建筑钢结构的焊接残余应力与消除方法探索陈立功1，倪纯珍1，卢立香2，张 敏3（1.上海交通大学 材料科学与工程学院，上海 200030；2. 上海宝冶建设有限公司，上海 201900；3. 上海耐莱斯•詹姆斯伯雷阀门有限公司，上海，200092）摘 要：本文介绍了建筑钢结构的焊接残余应力测量结果及控制残余应力的意义，以详实的数据分析了几种可能采用的消应力方法，提出了在建筑钢结构制造中采用振动时效与振动焊接工艺的建议。
关键词：建筑钢结构；焊接；残余应力；时效前言0建筑钢结构是否需要和能否进行时效工艺，除热时效外还有什么合适的消应力工艺可用于建筑钢结构，是人们关心的问题。
随“奥运”和“世博”工程的推展，我国建筑钢结构制造量近年迅猛上升。
出现用钢量达十万吨的单体结构，结构钢强度级别由235Mpa、345Mpa 上升到390Mpa乃至460Mpa，结构件板厚达到80－120mm，或更高。
因此，目前的建筑钢结构制造形势对开展建筑钢结构消应力技术应用研究及建立和完善相关的标准是个难得的机会。
本文作者根据多年的实践，介绍几个大型钢结构及建筑钢结构工程的焊接残余应力测量及应力消除的结果；以此为基础，提出了在建筑钢结构制造中采用振动时效与振动焊接工艺的建议。
1 建筑钢结构的残余应力建筑焊接钢结构与一般的焊接构一样，同样存在焊接残余应力。
以上海安亭蕴藻浜大桥为例，钢号为Q345B ，σs=345MPa。
其先在工厂进行箱型分段焊接，然后在现场进行拼焊。
采用盲孔法对拼焊残余应力进行测量，结果如表1：表1 蕴藻浜大桥现场焊后残余应力位置 应力Mpa 最大主应力 最小主应力 剪应力 纵向应力 横向应力 上表面埋弧焊纵缝 极值 315 -95 133 77 287平均值 157 2 78 64 94下表面手工焊纵缝 极值 81 -74 79 48 -34平均值 62 -46 54 31 -15人孔封板手工焊缝 极值 261 94 79 232 133平均值 184 103 41 173 114表1结果表明：下表面焊缝为先焊焊缝，残余应力水平比较低，而后焊接的上表面焊缝的应力水平则很高，个别值接近母材σs，平均值接近或超过σs/2水平；下文表2、3、4的数据也可以证实这种状况。
焊接构件由于存在高的拉伸残余应力，且焊缝部位存在热影响区、焊趾缺陷、接头应力集中，形成构件上组织和力学的薄弱部位，有可能导致构件运行时的变形、早期开裂、应力腐蚀、疲劳断裂和脆性断裂。
因此，在可能的情况下采用适合的时效工艺以改善组织性能及消除残余应力，将可有效地提高构件的稳定性和安全性及使用寿命。
2 建筑钢结构残余应力的消除工艺实际上一些高要求的建筑大型焊接钢结构上已采用了时效工艺，包括有技术标准支持的热时效、振动时效、TIG重熔和锤击工艺，以及研发中的振动焊接、超声冲击、爆炸法技术。
2.1 热时效表2 金茂大厦转换柱热时效消应力效果分析表残余应力（MPa） 最大主应力 最小主应力 纵向应力 横向应力热处理前平均值 135 51 58 128热处理后平均值 79 16 30 64热处理前后差值 56 35 28 64变化率（%） 41 68 48 50对重要焊接构件先进行整体热时效，然后在现场与其它构件进行组合拼焊的工艺是建筑钢结构制造常采用的方法。
上海金茂大厦的钢架采用全焊接结构，在工厂完成零部构件制造、且对受力构件－转换柱先进行整体热时效，然后运现场拼焊。
采用盲孔法残余应力测量技术对转换柱热时效工艺效果的评定结果见表2。
目前，热时效仍是一种主流工艺，其具有焊缝去氢、恢复塑性和消应力三重功能。
一般认为热时效的消应力效果为40－80％，表2的结果符合这个规律；然而对建筑钢结构而言，现场拼焊而产生的残余应力将依然存在于钢结构中，而在现场进一步采用热时效工艺就十分困难了；局部热时效可以降低被处理焊接接头的应力，但加热带边缘会产生新的热处理应力，且局部热时效实施比较困难，能耗很大。
因此，需考虑其它补充、替代工艺。
2.2 TIG重熔焊趾缺陷是一种焊道融合线上中难以避免的小而尖锐、连续的缺陷，往往成为结构疲劳破坏的裂纹源。
常采用TIG重熔工艺对焊趾进行修整，重建裂纹起裂前的状态，降低由于焊趾缺陷所造成的应力集中现象，以延长了疲劳寿命。
同时TIG重熔也能改善焊缝区的横向残余应力；上海宝冶工程技术公司进行重型门式起重机大梁维修，对其拘束模拟焊接试板焊缝TIG重熔前后的残余应力，通过X射线方法进行测量，测定结果见表3。
由此可见：TIG重熔对于焊缝的纵向残余应力改善不明显，残余应力绝对值下降不大；但对于纵向残余应力的均匀分布有一定效果。
但对横向残余应力有明显的改善效果，残余应力绝对值下降明显而且分布趋于均匀。
考虑到建筑钢结构的载荷特点以及生产效率的要求，TIG重熔可在横向拘束应力大的焊道上，作为缓和横向残余应力、降低应力集中的辅助工艺。
表3 重熔前后残余应力均值对比（材料：Q345；单位Mpa）纵向应力 横向应力编号 重熔前 重熔后 下降量％ 重熔前 重熔后 下降量％1 209 199 5.0 56 57 -2.32 206 240 -16.4 59 64 -8.03 236 213 9.6 -57 29 -150.94 265 245 7.7 259 84 67.55 189 201 -6.4 206 114 44.66 221 219 0.7 105 70 33.4表4 典型焊接构件振动时效的效果工程 材料 尺寸mm/重量ton 消应力效％ 200吨级行车大梁 Q235 29000*3200*2000 13-224000吨级锻机上横梁 Q235 130吨 29港口起重机卷筒体 Q345 D1400*13800δ50 30－56核聚变试验装置底板 304L D7800 δ90 31 300MW火电机架 20G D2900*3400 22-49磁悬浮交通功能件 16Mn+软磁钢 3000*500*450 312.3 振动时效（VSR）振动时效是对构件施加交变应力，与构件上的残余应力叠加达到材料的屈服应力，发生局部的宏观和微观塑性变形；这种塑性变形往往首先发生在残余应力最大处和构件的应力集中点，使这里的残余应力得以释放，达到降低和均化残余应力的作用。
应用振动时效技术在我国已达25年，相继出台三个技术标准[1]，也已纳入我国建筑钢结构施工规范，技术成熟。
由于振动时效经济性好、方法简单、工艺快捷、效果显著、适用面广，且不受构件的大小、重量以及场地的限制，已广泛应用于机床、起重运输、冶金、化工等制造业，也渗入到核工业（核反应堆内构件、核聚变设备）、磁悬浮交通、宇航等高尖领域。
几个典型焊接构件振动时效的效果分析见表4。
表4典例皆应用功率不大于2KW的振动时效设备，对一个构件的处理时间一般为20－45分钟，结果表明：振动时效的消应力效果为20－50％；尽管振动时效不具备去氢和恢复塑性的功能，但从尺寸稳定性比较，已达到和超过热时效的水平，振动时效是一种以消应力、提高尺寸稳定性为目标的替代热时效的先进工艺。
尽管目前振动时效在建筑钢结构应用尚少，但根据建筑钢结构的载荷特点与施工要求，振动时效有可能成为今后建筑钢结构消应力的主流工艺之一。
2.4 振动焊接（VW or VCW）振动焊接又称振动调制焊接、随焊振动，是目前国内外正在研发的新技术；在振动时效标准的附录中，已确认为可与振动时效组合的工艺之一[1]。
其不改变原有的焊接工艺；在焊接过程，通过一个几百瓦的小激振器对构件注入频率和振幅可控的振动，即形成振动焊接。
这种限幅的振动，势必对焊接熔池和热影响区产生一定的作用：⑴当焊缝金属在熔融状态下，由于振动使气泡、杂质等容易上浮、排除。
⑵在结晶过程振动可细化晶粒，使焊缝的力学性能得到提高。
⑶温度大于600℃的区域，材料在强度逐步恢复的冷却过程中，伴随振动的热塑性变形，使逐步形成的焊接残余应力得到降低和均化，可减少焊接变形及焊接裂纹的形成。
表5是对BB503厚板(90mm)电渣焊采用振动焊接的应力测量结果。
BB503材料的屈服强度为295－315Mpa，试验表明：采用振动焊接（VW）或复合振动焊接（VSR+VW）可明显降低残余应力水平，且接头性能优化，如：侧弯合格率也由原25％上升为75-100％。
对Q235材料焊接的H型轻钢（H900X200X6/8，长6m）的试验表明，振动焊接可使焊接变形下降21-32％。
表5 BB503厚板振动焊接的残余应力测量结果工艺 最大主应力 最小主应力 纵向应力 横向应力0.6gVW 极值 209 -92 206 85平均值 117 -16 109 -80.3gVW＋0.6gVSR 极值 81 -121 64 24平均值 37 -47 28 -39国内外的研究和实验都表明，振动焊接工艺经济、简便、高效，特别是可以在大型焊接钢结构上实施，振动焊接在降低焊缝残余应力、减少工件变形、提高结构疲劳寿命、提高接头力学性能，即全面提高焊缝质量方面有显著作用。
基于振动焊接的优点，在我国重大工程中，对一些采用热时效工艺有困难的结构，已开始试验振动焊接工艺，包括核聚变试验装置、大厚壁高炉炉体、大直径阀体等。
若能加强振动焊接在建筑钢结构上的应用试验和技术标准的建设，振动焊接很可能成为补充、替代传统热时效的又一重要工艺。
2.5 超声冲击与锤击超声冲击消应力技术由乌克兰巴顿焊接研究所提出，近年引入我国，已在北京电视台钢结构立柱上进行过试验。
超声冲击消应力工艺的特点是：在超声频率（≥16KHz）下应用束状冲头，在对焊趾和焊缝表面进行冲击；试验表明：⑴超声冲击对一定深度的表层有消应力的效果，在采用对焊道全覆盖冲击时，被冲击的表面会形成压应力，对2～4mm深度层消应力效果可达34～55％。
⑵采用焊趾冲击法，可以快速修复焊趾的缺陷，降低应力集中。
并伴随其压应力区的作用可以在一定程度上降低焊趾边未受冲击焊缝的残余应力，下降率达19％，对提高接头的疲劳寿命有明显作用。
⑶由于冲击工艺处理的特点，仅可以用于冲击工具可达的外表面，其工作效率约为1200mm2/min。
冲击工艺是以点接触、压应力屈服为主要特征的“面效应”型消应力工艺，伴随一定的振动时效效果，比较适合高拘束状态短焊缝的局部处理。
如局部的焊接修复、大构件的组配焊接以及在厚壁结构上焊小构件，其焊缝处承受较大的拘束应力，且焊后易产生延迟冷裂纹等情况。
可作为其它消应力工艺的补充工艺。
应用人工或气动的锤击消应力工艺，通过敲击振动及表面压应力屈服实现消应力效果。
该工艺已进入美国钢结构焊接规范，我国也成功应用于大型转炉的焊接和大型水轮机异重金属焊接的消应力处理。
由于锤击工艺难以规范，对周边干扰大，劳动强度高，往往作为补充、应急工艺。