减小焊接残余应力的措施

【摘 要】焊接残余应力在不同程度上影响着焊接结构的各种性能，因此，有必要采取各种措施减小和消除残余应力，本文将分别讨论消除焊接残余应力的措施。

【关键词】残余应力；振动时效；钢结构

1 在焊接过程中调节内力

在焊接过程中采用一些简易可行的工艺措施，可以有效地调节内应力的大小和分布，使峰值残余应力下降，使残余应力分布更为合理[1]。这些措施不但可以降低残余应力，有时也可以降低焊接过程中的应力，有利于防止焊接裂纹的产生，提高焊接构件的强度。主要通过以下几个措施来进行。

（1）采用合理的焊接顺序：在焊接位置和顺序的安排上，尽量使焊缝在焊接过程中能得到自由收缩，并应先焊收缩量比较大的焊缝。根据这个原则，对大多数的焊接结构而言，一般先焊横向焊缝，因为在许多结构中，横向焊缝的条数较多，且收缩量也较大。

（2）减小接头刚度：对于一些封闭焊缝和厚大工件，可以采用减小接头刚度的方法来达到。减小接头刚度的目的，在于使焊缝能获得足够的自由收缩，使残余应力减小。

（3）采用加热减应区法：这种方法的基本原理就是在构件适当部位加热，加热区的热仲长带动焊接部位产生与焊缝收缩方向相反的变形，随后进行焊接。当焊完冷却时，加热减应区的收缩和焊缝的收缩方向相同，即焊缝可获得一定程度的自由收缩，致使残余应力减小。利用这种方法可以焊接一些刚性较大的焊接件。

2 机械拉伸法降低残余应力

钢构件的内应力当σ1=σs时，在外载的作用下产生拉应力区产生拉伸塑性变形，它的方向与焊接时产生的压缩塑性变形方向相反。显然，加载应力越高，压缩塑性变形被抵消得就越多，残余应力消除得越彻底。机械拉伸法消除残余应力对于由塑性较好的金属材料焊制的容器具有特殊的意义。对于这种焊接容器，机械拉伸不需专门设置拉伸装置，可通过焊后的液压试验来达到。

3 焊后热处理

焊后热处理是将焊接构件整体或局部均匀加热到某一合适的温度，在该温度下保持预定的时间，然后使其均匀冷却到室温。在以消除残余应力的热处理中，对残余应力影响的因素有：热处理温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围的大小。众所周知，在加热过程中，残余应力将降低到加热温度下的屈服应力值，因此，加热温度的选定是十分重要的。残余应力降低的原因主要在于金属材料屈服极限随温度升高而降低，并在保温过程中发生应力松弛所致。然而，在实际的焊接接头中，由于残余应力分布不均匀性，在处理过程中表现出更复杂的行为。由文献[2]可知焊接接头经过焊后热处理之后，有相当一部分残余应力被消除了，尤其是加热温度为600℃的情况，残余应力几乎被完全消除。显然，加热温度的影响作用最大。如果条件许可，加热温度越接近临界温度或再结晶温度，消除残余应力的效果越好。