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焊接殘余應力分析及消除焊接應力方法總結
焊接應力，是焊接構件由于焊接而產(chǎn)生的應力。
焊接過(guò)程中焊件中產(chǎn)生的內應力和焊接熱過(guò)程引起的焊件的形狀和尺寸變化。焊接過(guò)程的不均勻溫度場(chǎng)以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產(chǎn)生焊接應力和變形的根本原因。當焊接引起的不均勻溫度場(chǎng)尚未消失時(shí)，焊件中的這種應力和變形稱(chēng)為瞬態(tài)焊接應力和變形；焊接溫度場(chǎng)消失后的應力和變形稱(chēng)為殘余焊接應力和變形。在沒(méi)有外力作用的條件下，焊接應力在焊件內部是平衡的。焊接應力和變形在一定條件下會(huì )影響焊件的功能和外觀(guān)。
焊接殘余應力對焊件有 6個(gè)方面的影響：
① 對強度的影響：如果在高殘余拉應力區中存在嚴重的缺陷，而焊件又在低于脆性轉變溫度下工作，則焊接殘余應力將使靜載強度降低。在循環(huán)應力作用下，如果在應力集中處存在著(zhù)殘余拉應力，則焊接殘余拉應力將使焊件的疲勞強度降低。焊件的疲勞強度除與殘余應力的大小有關(guān)外，還與焊件的應力集中系數應力循環(huán)特征系數[6][min]/[6][max]和循環(huán)應力的**大值[6][max]有關(guān)其影響隨應力集中系數的降低而減弱，隨[6][min]/[6][max]的降低而加劇，隨[6][max]的增加而減弱。當[6][max]接近于屈服強度時(shí)，殘余應力的影響逐漸消失。
② 對剛度的影響：焊接殘余應力與外載引起的應力相疊加，可能使焊件局部提前屈服產(chǎn)生塑性變形。焊件的剛度會(huì )因此而降低。
③ 對受壓焊件穩定性的影響：焊接桿件受壓時(shí)，焊接殘余應力與外載所引起的應力相疊加，可能使桿件局部屈服或使桿件局部失穩，桿件的整體穩定性將因此而降低。殘余應力對穩定性的影響取決于桿件的幾何形狀和內應力分布。殘余應力對非封閉截面（如工字形截面）桿件的影響比封閉截面（如箱形截面）的影響大。
④ 對加工精度的影響：焊接殘余應力的存在對焊件的加工精度有不同程度的影響。焊件的剛度越小，加工量越大，對精度的影響也越大。
⑤ 對尺寸穩定性的影響：焊接殘余應力隨時(shí)間發(fā)生一定的變化，焊件的尺寸也隨之變化。焊件的尺寸穩定性又受到殘余應力穩定性的影響。
⑥ 對耐腐蝕性的影響：焊接殘余應力和載荷應力一樣也能導致應力腐蝕開(kāi)裂。
焊接殘余應力對結構和構件的影響：焊接殘余應力是構件還未承受荷載而早已存在構件截面上的初應力，在構件服役過(guò)程中，和其他所受荷載引起的工作應力相互疊加，使其產(chǎn)生二次變形和殘余應力的重新分布，不但會(huì )降低結構的剛度和穩定性而且在溫度和介質(zhì)的共同作用下，還會(huì )嚴重影響結構的疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開(kāi)裂和高溫變開(kāi)裂的能力。
三、焊接應力的消除方法
目前采用的消除應力的失效方法有振動(dòng)時(shí)效（消除30%~50%的應力）、熱時(shí)效（消除40%~70%的應力）豪克能PT時(shí)效（消除80%~100%的應力）。
對重要的焊接構件先進(jìn)行整體熱時(shí)效，然后再現場(chǎng)與其他構件進(jìn)行組合焊接的拼焊工藝是建筑鋼結構制造常采用的方法。其具有焊縫去氫、恢復塑形和消除應力的三重功能。一般認為熱時(shí)效的消除應力的效果為40%以上。
?重熔
焊趾缺陷是一種焊道融合線(xiàn)上中難以避免的小而尖銳、連續的缺陷，往往成為結構疲勞破壞的裂紋源。
常采用TIG重熔工藝對焊趾進(jìn)行修整，重建裂紋起裂前的狀態(tài)，降低由于焊趾缺陷所造成的應力集中現象，以延長(cháng)疲勞壽命。同時(shí)TIG重熔也能改善焊縫區的橫向殘余應力；重熔對于焊縫縱向殘余應力的改善不明顯，殘余應力絕對值下降不大；但對于縱向殘余應力的均勻分布有一定效果。但對橫向殘余應力有明顯的改善效果，殘余應力的絕對值下降明顯而且分布趨于均勻。
振動(dòng)時(shí)效
振動(dòng)時(shí)效是對構件施加交變應力，與構件上的殘余應力疊加達到材料的屈服應力，發(fā)生局部的宏觀(guān)和微觀(guān)塑性變形；這種塑形變形往往首先發(fā)生在殘余應力**大和構件應力集中點(diǎn)，使這里的殘余應力得以釋放，達到降低和均化殘余應力的作用。
盡管振動(dòng)時(shí)效設備不具備去氫和恢復塑形的功能，但從尺寸穩定性比較，已經(jīng)達到和超過(guò)熱時(shí)效的水平；振動(dòng)時(shí)效是一種以消除應力、提高尺寸穩定性為目的替代熱時(shí)效的先進(jìn)工藝。
振動(dòng)焊接又稱(chēng)為振動(dòng)調制焊接、隨焊振動(dòng)；在振動(dòng)時(shí)效標準附錄中，已確認為可與振動(dòng)時(shí)效進(jìn)行組合的工藝之一。其不改變原有的焊接工藝，在焊接過(guò)程中，通過(guò)激振器對構件注入頻率和振幅可控的振動(dòng)，即形成振動(dòng)焊接。這種振幅的振動(dòng)，勢必對焊接熔池和熱影響區產(chǎn)生一定的作用：
（1）、當焊縫在金屬熔融狀態(tài)下，由于振動(dòng)使氣泡、雜質(zhì)等容易上浮、排除。
（2）、再結晶過(guò)程中振動(dòng)晶粒，有利于晶粒細化；
（3）、溫度大于600攝氏度的區域，材料在強度逐步恢復、冷卻的過(guò)程中，伴隨振動(dòng)的熱塑性變形，使逐步得到的焊接殘余應力降低和均化，以減少焊接變形和焊接裂紋的形成。
