杜鴻 王紅慶

摘要：焊接應(yīng)力即是在焊接結(jié)構(gòu)時由于焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，它可以依據(jù)產(chǎn)生作用的時間被分為焊接瞬時應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。所謂焊接瞬時應(yīng)力是指在焊接的過程中某一個焊接瞬時產(chǎn)生的焊接應(yīng)力，它是會跟著時間的變化而發(fā)生變化的，而在焊接之后，某一個受到焊接的焊件內(nèi)還殘留的焊接應(yīng)力被稱為焊接殘余應(yīng)力。

關(guān)鍵詞：焊接應(yīng)力;應(yīng)力變形;焊接措施

在每次焊接工作之前，一定要將原件的性質(zhì)以及能承受的焊接條件進行深度的考察、研究，合理、科學(xué)的制定焊接技術(shù)的安排。通過已經(jīng)考察好的東西，選擇合理、有效的焊接工藝程序，采取有效的措施，最終得到一個較好的焊接結(jié)果。在達到相關(guān)焊接質(zhì)量條件的同時，也在不斷的提高焊接技術(shù)，對以后的焊接技術(shù)領(lǐng)域做好進一步的鋪墊。

1 焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

1.1 塑性壓縮造成的縱向殘余應(yīng)力

在焊接的過程中，由于溫度上的差距，焊縫及其周圍都會受到因熱膨脹和周圍溫度較低的金屬的拘束，從而產(chǎn)生壓縮塑性應(yīng)變。當(dāng)焊接完成之后，溫度驟減，母性材料就會制約著焊縫和近縫區(qū)域之間的收縮，這就在很大程度上導(dǎo)致了殘余應(yīng)力的存在。并且殘余應(yīng)力的范圍將會和高溫環(huán)境下造成的塑性范圍相一致，彈性拉伸區(qū)域和殘余拉應(yīng)力也是相對應(yīng)的。從這些都可以看出來，塑性壓縮就是造成焊接過程中縱向殘余應(yīng)力的主要原因。

1.2 塑性壓縮的應(yīng)變導(dǎo)致的橫向殘余應(yīng)力

塑性壓縮的應(yīng)變，除了能夠說成是造成縱向殘余應(yīng)力的主要原因，同時也能理解為造成橫向殘余應(yīng)力的原因之一，但是造成橫向殘余應(yīng)力的主要原因是母材的收縮。當(dāng)對母材進行焊接時，母材會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，并且當(dāng)焊接縫的金屬材料逐漸形成固體時，膨脹中的母材必定會受到壓縮，這種塑性壓縮是橫向收縮中的重要的一部分，焊縫自身那一小部分收縮僅僅只占到橫向收縮的十分之一左右。主要的橫向收縮那部分存在于焊接縫沿著焊縫軸線進行切割后的中心區(qū)域，那才是拉應(yīng)力中的橫向應(yīng)力。

2 降低殘余應(yīng)力的對策

2.1 科學(xué)、合理的編排焊接順序

這樣做的主要原因就是要使得焊接時盡可能的讓焊縫自由的收縮，減少更多的外界影響因素。在這種合理的順序下，首先就是要焊一處收縮量相對比較大的焊接縫，保證焊接縫在自身結(jié)構(gòu)總體剛性相對較弱的情況下能夠自由的收縮，減少其他物質(zhì)的限制。接下來就是焊接一處互相錯開、互不影響的焊接縫，最后就是焊接直通的焊接縫。上面說的只是一般簡單的焊接，如果遇到相對較麻煩的焊接，比如交叉焊縫接頭，那就要按照一定的順序來進行焊接。按照受力的大小進行先后焊接，受力比較大的先進行焊接，這樣合理的安排焊接順序，可以盡可能地避免各處焊縫受力不均的現(xiàn)象出現(xiàn)，確保了焊縫的科學(xué)、合理、有效的分布。

2.2 采用預(yù)熱緩冷法

采用該種方法主要就是為了減小焊接應(yīng)力，因為在焊接過程中，焊件自身會形成較大的溫差，溫差越大，焊接的應(yīng)力就會越大。采用預(yù)熱緩冷的方法，能夠一定程度上減小焊件的溫差，從而減小焊接的應(yīng)力。采用這種方法，一般情況下都會在焊接之前將焊件放入火爐中進行加熱，在焊接的時候，要防止焊件迅速降溫，進而降低焊縫和焊件其他部位之間的溫差，讓兩者之間膨脹系數(shù)相差不大，降低焊件的應(yīng)力。倘若不能夠?qū)⒄麄€焊件進行預(yù)熱，也可以讓焊縫附近預(yù)熱，一樣不會影響該種方法的效果。但是，在預(yù)熱的過程中，一定要保證均勻預(yù)熱，溫度穩(wěn)定上升。在焊接完成之后，如果焊接部位的溫度沒達到600℃，要將其加熱到那個溫度，在進行緩冷的步驟。

2.3 錘擊法

在經(jīng)過試驗后的效果顯示，焊接后的焊件經(jīng)過一定程度上的錘擊之后，焊縫附近殘余的應(yīng)力會降低。在那些離焊縫比較遠的部位，經(jīng)過錘擊后，殘余的應(yīng)力依然存在。但是，如果沖擊能量不斷地增加，那么焊件的殘余應(yīng)力會不斷地減小，這種減小到了一定的程度時，也會減緩殘余應(yīng)力減小的速度?？傊N擊法對于減小殘余應(yīng)力是一種確實可行而且效果明顯的方法，值得推廣。

3 消除殘余應(yīng)力的方法

3.1VSR振動時效法

振動時效的原理就是給被時效處理的工件施加一個與其固有諧振頻率相一致的周期激振力，使其產(chǎn)生共振，從而使工件獲得一定的振動能量，使工件內(nèi)部產(chǎn)生微觀的塑性變形，從而使造成殘余應(yīng)力的歪曲晶格被漸漸地恢復(fù)平衡狀態(tài)，晶粒內(nèi)部的位錯逐漸滑移并重新纏繞釘扎，使得殘余應(yīng)力得以被消除和均化。振動時效法具有周期短、效率高、無污染的特點，且不受工件尺寸、形狀、重量等限制，已經(jīng)過大量的工程實踐證明，對消除工件應(yīng)力是有明顯效果的。

優(yōu)點：降低工件內(nèi)殘余應(yīng)力（峰值）30%-80%，與傳統(tǒng)的熱時效（TSR）相當(dāng)，工件無氧化脫碳現(xiàn)象，無需清理氧化皮，減少了輔助工時。

與TSR（熱時效）相比提高了工件抗載荷變形能力，VSR工藝的應(yīng)用使工件抗靜載變形能力提高30%以上，抗動載變形能力提高1-3倍多。是目前超大型結(jié)構(gòu)件和多種材料組合的結(jié)構(gòu)件唯一時效方法，VSR還適用于二次時效（一般在半精加工后），是唯一不受場地、環(huán)境、工序和工件形狀限制的處理方法。運行費用低，VSR時效振動工藝的耗能僅為TSR熱時效的1-2%，需人工0.1-0.2工時/噸，可有效降低工程施工成本。

缺點：對殘余應(yīng)力的消減更多意義上是“削峰平谷”，對內(nèi)部的平均殘余應(yīng)力并沒有過多消減。

VSR時效振動工藝設(shè)備：主要由激振器，電腦控制器，傳感器和打印輸出等幾部分組成。設(shè)備是將帶有偏心輪的激振器牢固地夾持在被振工件上，激振器電動機帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生沿垂直方向的周期激振力，使被振工件在其固有頻率下振動20至30分鐘，電腦控制器可使系統(tǒng)進入智能工作程序，即自動掃頻，自動選擇工藝參數(shù)，自動時效處理，結(jié)束后打印工藝參數(shù)和繪制工藝曲線。

3.2超聲沖擊與錘擊

超聲沖擊（UIT）的基本原理就是利用大功率超聲波推動工具以每秒二萬次以上的頻率沖擊金屬物體表面，由于超聲波的高頻、高效和聚焦下的大能量，使金屬表面產(chǎn)生較大的壓塑變形，同時超聲沖擊波改變了原有的應(yīng)力場，產(chǎn)生一定數(shù)值的壓應(yīng)力，并使被沖擊部位得以強化。此種方法對消除應(yīng)力極為有效，經(jīng)對650*650*80箱形柱進行超聲波震動消應(yīng)力測試，焊接殘余應(yīng)力的消除率達75%以上。

超聲沖擊消應(yīng)力工藝的特點是：在超聲頻率（≥16KHz）下應(yīng)用束狀沖頭，在對焊趾和焊縫表面進行沖擊;試驗表明：超聲沖擊對一定深度的表層有消應(yīng)力的效果，在采用對焊道全覆蓋沖擊時，被沖擊的表面會形成壓應(yīng)力，對2～4mm深度層消應(yīng)力效果可達34～55%。采用焊趾沖擊法，可以快速修復(fù)焊趾的缺陷，降低應(yīng)力集中。并伴隨其壓應(yīng)力區(qū)的作用可以在一定程度上降低焊趾邊未受沖擊焊縫的殘余應(yīng)力，下降率達19%，對提

高接頭的疲勞壽命有明顯作用。

沖擊工藝是以點接觸、壓應(yīng)力屈服為主要特征的“面效應(yīng)”型消應(yīng)力工藝，伴隨一定的振動時效效果，比較適合高拘束狀態(tài)短焊縫的局部處理。如局部的焊接修復(fù)、大構(gòu)件的組配焊接以及在厚壁結(jié)構(gòu)上焊小構(gòu)件，其焊縫處承受較大的拘束應(yīng)力，且焊后易產(chǎn)生延遲冷裂紋等情況?？勺鳛槠渌麘?yīng)力工藝的補充工藝。

4結(jié)語

總而言之，經(jīng)過對焊接殘余應(yīng)力的研究我們可以發(fā)現(xiàn)，殘余應(yīng)力對于焊件的剛度、焊件的受壓桿件穩(wěn)定性、靜載強度、焊件的疲勞強度都產(chǎn)生影響。為了提高工程的質(zhì)量，我們必須要采取相應(yīng)的措施來將殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的影響降到最低，避免焊件發(fā)生變形或者斷裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高焊接質(zhì)量和焊接水平。

參考文獻：

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