焊接残余应力

第二节焊接残余应力

一、焊接残余应力的分类

1. 按焊接残余应力产生的原因分类

（1）温度应力（又称热应力）：它是由于金属受热不均匀，各处变形不一致且相互约束而产生的应力。焊接过程中温度的应力是不断变化的，且峰值一般都达到屈服强度，因此产生塑性变形，焊接结束并冷却后产生残余应力保存下来。

（2）组织应力：焊接过程中，引起局部金属组织发生转变，随着金属组织的转变，其体积发生变化，而局部体积的变化受到皱纹金属的约束，同时，由于焊接过和中是不均匀的加热与冷却，因此组织的转变也是不均匀的，结果产生了应力

（3）拘束应力：焊件结构往往是在拘束条件下焊接的，造成拘束状态的因素有结构的刚度、自重、焊缝的位置以及夹持卡具的松紧程度等。这种在拘束条件下的焊接，由于受到外界或自身刚度的限制，不能自由变形就产生了拘束应力。

（4）氢致应力：焊缝局部产生显微缺陷，扩散氢向显微缺陷处聚集，局部氢的压力增大，产生氢致应力。氢致应力是导致焊接冷裂纹的重要原因。

2. 按照焊接残余应力在结构中的作用方向分类

（1）单向应力：应力在焊件中只沿一个方向产生的应力。

牌槻对接

焊拣单冋应力

(2)双向应力：焊接应力存在于焊件中的一个平面不同方向上(也

称平面应力)。

3. 体积应力：焊接应力在焊件中沿空间三个方向上发生。

二、控制焊接残余应力的工艺措施

控制焊接残余应力应从设计和工艺两个方面考虑。

(1)设计方面：

在保证有足够强度的前提下，尽量减少焊缝的数量和尺寸，

选择合理的接头形式，将焊缝布置在构件最大应力区之外。

(2)工艺方面：

1) 选择合理的组焊顺序

施焊时，要考虑焊缝尽可能的收缩，以减小结构的拘束度，从面降低焊接残余应力，其原则是：减小拘束，尽量使每条焊缝能自由的收缩；多种焊缝焊接时，应先焊收缩量大的焊缝；长焊缝宜从中间向两头施焊，避免从两头向中间施焊。

2）选择合理的焊接参数

需要严格控制焊接残余应力的构件，焊接时尽可能地选用较小的焊接电流和较快的速度，减小焊接热输入，以减少焊接的受热范围。对于多道施焊焊缝，采用小的焊接参数进行多层多道施焊，并控制道间温度。

3）采用反变形法

就是通过预先留出焊缝能够自由收缩的余量，使焊缝能够在一定程度上收缩，从面降低焊接残余应力。

1）采用加热“减应区”法

焊接前，选择构件的适当部位加热，使其伸长，在焊后冷却时，加热区的收缩与焊缝的收缩方向相同时，使焊缝能自由收缩，从而降低内应力。

2）采用锤击方法

每焊完一道焊缝，在焊缝冷却时同时锤击焊缝，使焊缝

得到一定的延伸，可以减小焊接残余应力。

3）减小氢的措施及消氢处理

尽量选择氢型碱性焊接材料，焊接材料洪干后使用，同时，对焊接区域及其采取预热、打磨、等措施，去除水分、油、铁锈等焊接有害物。

三、消除焊接残余应力的办法

对于下例情况应考虑消除焊接残余应力处理：

（1）要求承受低温或动载有发生脆断危险的结构；

（2 ）板厚超过一定的厚度。

（3 ）要求精密加工的结构；

（4）有可能产生应力腐蚀破坏的结构；

1. 高温回火热处理

是将焊件的整件或需要消除应力的局部加热到一定的温度，在这个温度下，金属不会发生相变，屈服强度降低，在残余应力的作用下产生一定的塑性变形，从而消除焊接残余应力，然后再缓慢冷却下来。

要注意均匀加热和冷却，以免升温和降温过快引起严重的应力。对于某些焊接构件不允许或不能进行整体消除应力热处理，可以对其进行局部消除焊接残余应力处理。

局部消除焊接残余应力热处理的加热方式有感应加热和远红外线加热方法。

2. 整体拉伸消除焊接残余应力

焊后对接头进行整体拉伸，使接头受压应力处产生一定塑性变形，与压缩残余变形相互抵消，结果压缩残余变形减小，残余应力也得以减小。但整体拉伸幅度应严格控制。

3. 机械振动消除焊接残余应力

就是通过在焊件上安装由偏心轮和变速马达组成的振荡器带动焊件振动，使焊件残余应力释放，从而降低焊接残余应力或使应力重新分布。