焊接应力的消除

焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。

焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。

焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观。

焊接残余应力对焊件有 6个方面的影响：

① 对强度的影响：如果在高残余拉应力区中存在严重的缺陷，而焊件又在低于脆性转变温度下工作，则焊接残余应力将使静载强度降低。在循环应力作用下，如果在应力集中处存在着残余拉应力，则焊接残余拉应力将使焊件的疲劳强度降低。焊件的疲劳强度除与残余应力的大小有关外，还与焊件的应力集中系数、应力循环特征系数和循环应力的最  大值有关，其影响随应力集中系数的降低而减弱，随应力循环特征系数的降低而加剧，随循环应力的最 大值的增加而减弱。当循环应力的最 大值接近于屈服强度时，残余应力的影响逐渐消失。

② 对刚度的影响：焊接残余应力与外载引起的应力相叠加，可能使焊件局部提前屈服产生塑性变形。焊件的刚度会因此而降低。

③ 对受压焊件稳定性的影响：焊接杆件受压时，焊接残余应力与外载所引起的应力相叠加，可能使杆件局部屈服或使杆件局部失稳，杆件的整体稳定性将因此而降低。残余应力对稳定性的影响取决于杆件的几何形状和内应力分布。残余应力对非封闭截面（如工字形截面）杆件的影响比封闭截面（如箱形截面）的影响大。

④ 对加工精度的影响：焊接残余应力的存在对焊件的加工精度有不同程度的影响。焊件的刚度越小，加工量越大，对精度的影响也越大。

⑤ 对尺寸稳定性的影响：焊接残余应力随时间发生一定的变化，焊件的尺寸也随之变化。焊件的尺寸稳定性又受到残余应力稳定性的影响。

⑥ 对耐腐蚀性的影响：焊接残余应力和载荷应力一样也能导致应力腐蚀开裂。

焊接残余应力对结构和构件的影响：

焊接残余应力是构件还未承受荷载而早已存在构件截面上的初应力，在构件服役过程中，和其他所受荷载引起的工作应力相互叠加，使其产生二次变形和残余应力的重新分布，不但会降低结构的刚度和稳定性而且在温度和介质的共同作用下，还会严重影响结构的疲劳强度、抗脆断能力、抵抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂的能力。

目前采用的消除应力的失效方法有振动时效（消除30%~50%的应力）、热时效（消除40%~70%的应力）豪克能PT时效（消除80%~100%的应力）等。

      整体高温回火是将整个焊接件均匀加热到某一合适的温度，然后在该温度下保温预定的时间，最后使其均匀冷却到室温的一种热处理方法。在消除焊接残余应力的热处理中，影响热处理效果的主要因素有回火温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围的大小。对于同一种材料，回火温度越高，时间越长，应力也就消除得越彻底。应当注意的是，有的焊接件不适宜高温回火，高温回火会损害其力学性能。

热处理温度根据材质不同、供货状态不同来确定。对于碳钢和低合金钢，热处理温度一般在580~680℃，热处理时间按焊件的厚度确定，实践证明，整体热处理可以消除80%~90%的残余应力。

      本法只对焊缝及其附近的局部区域进行加热，其消除应力的效果不如整体热处理。本法多用于比较简单的、拘束较小的焊接接头，如长的幽简容器、管道接头、长构件的对接头等。

整体热处理一般是将焊件整体放在加热炉中加热，加热炉可以是电炉也可以是燃气炉。局部热处理要保证足够的加热度，可采用工频线加热、外线加热、火始加热等方法。

      也称为低温消除应力法，即伴随焊缝两侧的加热随后急冷。这种方法一般川于焊比较规则、焊缝厚度不大于40m的焊件上。
      在锅炉和压力容器制造中，经常采用整体或局部热处理的方法消除焊接应力山]温差拉伸法的工艺较复杂，使用有局限性，所以应用较少。

一般用于中厚板焊接应力的调整。具体方法是，用圆头小锤敲击多层焊道的中间层焊道，使其发生双向塑性延展，以减小焊接应力。

振动时效

振动时效是对构件施加交变应力，与构件上的残余应力叠加达到材料的屈服应力，发生局部的宏观和微观塑性变形；这种塑形变形往往首先发生在残余应力最 大和构件应力集中点，使这里的残余应力得以释放，达到降低和均化残余应力的作用。

尽管振动时效设备不具备去氢和恢复塑形的功能，但从尺寸稳定性比较，已经达到和超过热时效的水平；振动时效是一种以消除应力、提高尺寸稳定性为目的替代热时效的先进工艺。

振动焊接

振动焊接又称为振动调制焊接、随焊振动；在振动时效标准附录中，已确认为可与振动时效进行组合的工艺之一。其不改变原有的焊接工艺，在焊接过程中，通过激振器对构件注入频率和振幅可控的振动，即形成振动焊接。 这种振幅的振动，势必对焊接熔池和热影响区产生一定的作用：

（1）当焊缝在金属熔融状态下，由于振动使气泡、杂质等容易上浮、排除。

（2）再结晶过程中振动晶粒，有利于晶粒细化；

（3）温度大于600摄氏度的区域，材料在强度逐步恢复、冷却的过程中，伴随振动的热塑性变形，使逐步得到的焊接残余应力降低和均化，以减少焊接变形和焊接裂纹的形成。

通过布置在焊缝及其附近的炸药带，引爆产生的冲击波与残余应力的交互作用，使金属产生适量的塑性变形，残余应力因而得到松弛。根据构件厚度和材料的性能选定恰当的单位焊缝长度上的药量和布置方式，是取得良好消除效果的决定性因素。

      对焊接构件进行加载，使焊接压缩塑性变形区得到拉伸，可减少由焊接引起的局部压缩塑性变形量，使内应力降低。