如何消除焊接残余应力

陈益铭

摘 要 在对一些部件进行焊接时，由于某些原因导致的残余应力会严重影响部件的承载能力和加工的精度性。不仅如此，焊接技术的差距导致的焊接不完美，还将会浪费掉很大一部分的人力、物力、财力等。所以，如何消除焊接的残余应力，将会是焊接技术领域极其重要的研究。本文通过对焊接残余应力的产生和怎样消除进行研究和分析，给出几种重要的产生原因的同时，还将会给出相应的消除对策。

关键词 焊接；残余应力；消除方法

中图分类号 TG4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）145-0036-02

随着科学技术的发展，焊接技术也已经发展的越来越普及。焊接技术在对其他材料进行加工的过程中，具备着节省原材料、拥有很好地封闭性、工序简单等优点，而且还能够制造出很多其它工艺技术不能完成的任务。但是，焊接也存在着一些问题，其中最主要的就是由于在焊接过程中出现温度场而受热应变形成的残余应力。在日常调查中发现，焊接残余应力会在很大程度上影响部件的承载力，所以，必须要想办法消除焊接残余应力，提高部件焊接精度的同时，还能增加部件的承载力。

1 焊接残余应力产生的原因

1.1 塑性压缩造成的纵向残余应力

在焊接的过程中，由于温度上的差距，焊缝及其周围都会受到因热膨胀和周围温度较低的金属的拘束，从而产生压缩塑性应变。当焊接完成之后，温度骤减，母性材料就会制约着焊缝和近缝区域之间的收缩，这就在很大程度上导致了残余应力的存在。并且残余应力的范围将会和高温环境下造成的塑性范围相一致，弹性拉伸区域和残余拉应力也是相对应的。从这些都可以看出来，塑性压缩就是造成焊接过程中纵向残余应力的主要

原因。

1.2 塑性压缩的应变导致的横向残余应力

塑性压缩的应变，除了能够说成是造成纵向残余应力的主要原因，同时也能理解为造成横向残余应力的原因之一，但是造成横向残余应力的主要原因是母材的收缩。当对母材进行焊接时，母材会出现膨胀现象，并且当焊接缝的金属材料逐渐形成固体时，膨胀中的母材必定会受到压缩，这种塑性压缩是横向收缩中的重要的一部分，焊缝自身那一小部分收缩仅仅只占到横向收缩的十分之一左右。主要的横向收缩那部分存在于焊接缝沿着焊缝轴线进行切割后的中心区域，那才是拉应力中的横向应力。

2 降低残余应力的对策

2.1 科学、合理的编排焊接顺序

这样做的主要原因就是要使得焊接时尽可能的让焊缝自由的收缩，减少更多的外界影响因素。在这种合理的顺序下，首先就是要焊一处收缩量相对比较大的焊接缝，保证焊接缝在自身结构总体刚性相对较弱的情况下能够自由的收缩，减少其他物质的限制。接下来就是焊接一处互相错开、互不影响的焊接缝，最后就是焊接直通的焊接缝。上面说的只是一般简单的焊接，如果遇到相对较麻烦的焊接，比如交叉焊缝接头，那就要按照一定的顺序来进行焊接。按照受力的大小进行先后焊接，受力比较大的先进行焊接，这样合理的安排焊接顺序，可以尽可能地避免各处焊缝受力不均的现象出现，确保了焊缝的科学、合理、有效的分布。

2.2 采用预热缓冷法

采用该种方法主要就是为了减小焊接应力，因为在焊接过程中，焊件自身会形成较大的温差，温差越大，焊接的应力就会越大。采用预热缓冷的方法，能够一定程度上减小焊件的温差，从而减小焊接的应力。采用这种方法，一般情况下都会在焊接之前将焊件放入火炉中进行加热，在焊接的时候，要防止焊件迅速降温，进而降低焊缝和焊件其他部位之间的温差，让两者之间膨胀系数相差不大，降低焊件的应力。倘若不能够将整个焊件进行预热，也可以让焊缝附近预热，一样不会影响该种方法的效果。但是，在预热的过程中，一定要保证均匀预热，温度稳定上升。在焊接完成之后，如果焊接部位的温度没达到600℃，要将其加热到那个温度，在进行缓冷的步骤。

2.3 锤击法

在经过试验后的效果显示，焊接后的焊件经过一定程度上的锤击之后，焊缝附近残余的应力会降低。在那些离焊缝比较远的部位，经过锤击后，残余的应力依然存在。但是，如果冲击能量不断地增加，那么焊件的残余应力会不断地减小，这种减小到了一定的程度时，也会减缓残余应力减小的速度。总之，锤击法对于减小残余应力是一种确实可行而且效果明显的方法，值得推广。

3 消除残余应力的方法

3.1 热处理的方法

这种方法对于焊件的性能有着至关重要的作用，它不仅可以消除残余应力，还能够改进焊接接头的性能。热处理方法就是在焊件还处在高温条件下的时候，去降低屈服点和蠕变现象，从而实现去除残余应力的一种方法。这种方法分为两个步骤，首先就是总体热处理，其次是局部热处理。在总体热处理的过程中，加热的温度和保温时间和加热以及冷却速度都会影响到去除焊接残余应力的效果。这几个因素里面，最重要的也是最难以控制的就是保温时间，因为它的计算受到很多因素的影响，而且知道时间也要通过人工去控制，这就造成了很大的不确定性和产生误差的可能。一般情况下，一毫米厚就要一到两分钟，但是，时间又要被控制在30分钟到3小时之间。在局部热处理的过程中，一般只能降低残余应力的峰值，而不能直接消除残余应力。但是对于消除残余应力的过程起到了无可替代的作用，所以局部热处理还是需要的一个步骤。在采用热处理的方法时，加热的方法主要有电加热和火加热两种，而且消除残余应力的效果和加热范围的关系很大，所以一般需要大范围的加热才能达到较好的效果。

3.2 加载的方法

加载的方法，目的就是为了使得焊接缝周围形成的压缩塑性变形和焊缝周围的拉伸塑性变形两者形成抵消，从而让应力保持松弛状态。它主要就是采用各种方法，在部件上制造一定的拉伸应力，让这个应力来完成与压缩塑性变形产生的力进行抵消。在如何形成这种拉伸应力的方法上有两种：第一就是机械拉伸的方法，第二则是温差拉伸的方法。机械拉伸法就是对部件进行加载荷处理，让焊缝区域形成塑性拉伸，这个塑性拉伸形成的力将会和已经存在的那个压缩塑变应力达到抵消的作用，从而消除焊接过程中形成的残余应力。温差拉伸法，主要就是利用了受热膨胀的原理，来达到消除残余应力的方法。它的做法过程，顾名思义就是利用温度差形成的力，让焊缝两侧的金属通过受热膨胀后，往焊缝区进行拉伸，逐渐的形成拉伸应力，最后和那压缩塑变应力进行抵消作用。这两种拉伸方法都是采用抵消的原则，从而达到减小甚至消除残余应力的目的。

4 结论

在每次焊接工作之前，一定要将原件的性质以及能承受的焊接条件进行深度的考察、研究，合理、科学的制定焊接技术的安排。通过已经考察好的东西，选择合理、有效的焊接工艺程序，采取有效的措施，最终得到一个较好的焊接结果。在达到相关焊接质量条件的同时，也在不断的提高焊接技术，对以后的焊接技术领域做好一步一步的铺垫。

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