焊接應力產生原因及去應力方法摘要：焊接從本質上來說是一種融化和再凝固的工藝過程，因凝固時間不同，導致先后凝固部分相互作用而產生了內應力。這種內應力再焊接制造過程中往往帶來的都是不好的質量結果，所以我們需要分析其產生原因，針對性采取措施減少焊接應力以及消除焊接應力。關鍵詞：焊接應力；去應力引言焊接應力即是在焊接結構時由于焊接而產生的內應力，它可以依據產生作用的時間被分為焊接瞬時應力和焊接殘余應力。所謂焊接瞬時應力是指在焊接的過程中某一個焊接瞬時產生的焊接應力，它是會跟著時間的變化而發生變化的，而在焊接之后，某一個受到焊接的焊件內還殘留的焊接應力被稱為焊接殘余應力。1產生焊接殘余應力的原因之所以會產生焊接殘余應力，主要是由于焊件在焊接的過程中所受到的加熱是不均勻的。按照焊接殘余應力的發生來源，可將焊接殘余應力分為直接應力、間接應力和組織應力三種。直接的焊接應力是焊接殘余應力所產生的最主要的原因，它是受到不均勻的加熱和冷卻之后所產生的，根據加熱和冷卻時的溫度梯度而發生變化。間接的焊接應力則是焊件由于焊前的加工狀況造成的應力。焊件在受到軋制和拉拔時會產生一定的殘余應力。間接的殘余應力如果在某一種場合下疊加到焊接的殘余應力上去，焊件受到焊接發生變形，也會將其影響附加到焊接殘余應力上去。而且，焊件一旦受到外來的某一種約束，產生相應的附加應力，也屬于間接應力的范疇。組織應力也就是由相變造成的比容變化而產生的應力，它的產生是由于焊件的組織發生了變化。雖說組織應力會由于含碳量和材料其他成分的不同而產生差異，但我們一般都會將其所產生的影響進行分析研究。2減少焊接應力的措施焊接是產生焊接殘余應力的根本原因，減少焊縫數量和尺寸能有效減少焊接量，通過控制焊接量可有效減少應力。在同等焊接強度下，焊縫尺寸較小的，其焊接殘余應力較小。應盡量避免多條焊縫在同一部位集中，焊縫距離過近時，焊縫間會產生耦合，形成復雜殘余應力場，焊縫間距離一般應大于3倍板厚且不小于100mm。應盡量采用剛度較小的焊接接頭形式，其結構拘束度小，能夠通過變形釋放焊接應力，殘余應力較小。結構組件拆分、焊前預熱、焊接參數設置、焊接順序等對焊接應力影響較大。將結構件合理地拆分成若干組件，盡量在組件上完成焊縫焊接，同時減少焊接時的焊縫拘束度，由于組件剛度小，結構能夠自由變形，可通過焊接變形減少殘余應力。焊前預熱可減少焊接時的溫度梯度與冷卻速度，使得不同部位焊接變形的差異變小，能夠有效降低焊接殘余應力。預熱溫度根據金屬材料、結構剛性、散熱情況的不同而異，溫差越小，越能使焊縫區與結構整體盡可能均勻地冷卻，從而減少內應力。對于淬硬傾向較大的材料、脆性材料或剛性較大的焊件，在焊接或焊補時常用此法。焊接參數是影響熱輸入的重要因素，小參數焊接時熱輸入量小，能夠減少塑性變形區，進而降低焊接殘余應力。合理的焊接順序應保證焊縫縱向和橫向收縮均能比較自由，能夠通過控制焊接變形減少焊接應力。在焊接時現場條件允許的條件下，盡量采取以下措施，以有效減小焊接殘余應力：先焊收縮量大的接頭（對接接頭），后焊收縮量小的接頭（搭接、角接接頭）；先焊錯開的短焊縫，后焊直線長焊縫或平行焊縫；盡量同時同方向焊接；從焊接結構中心向外焊接等。3消除焊接應力的措施熱處理法消除殘余應力的基本原理是把工件加熱到略低于再結晶開始溫度，保溫后緩慢冷卻。在加熱保溫過程中由于溫度升高，金屬原子運動能力上升，使工件中晶格缺陷減少，導致晶格彈性畸變能量降低，使得部分或全部的變形回復到初始位置，從而達到消除焊接殘余應力的目的。熱處理法在消除應力的同時，通過均化組織能夠降低焊接熱影響區的硬度，同時也可消除焊縫中的氫，提高焊接件的抗腐蝕能力、脆性斷裂強度。但熱處理局部溫度過高會造成材料屈服強度下降，甚至可能出現再熱脆化和再熱裂紋。熱處理時效溫度應低于材料的最終熱處理溫度，否則會嚴重降低材料性能。超聲波沖擊法消除殘余應力的基本原理是以大功率超聲波設備為動力源，推動沖擊工具以20000次/s以上的頻率沖擊工件表面，使工件發生塑性變形，在工件表面形成壓應力強化作用。該方法使用方便、成本低、效率高、無污染，目前在鋼結構焊件中運用十分廣泛。該方法還可提高焊接處疲勞強度，抑制焊接裂紋，降低焊接區域的應力集中，穩定構件尺寸。該方法主要用來處理焊縫區域，尤其是焊接缺陷最多的焊趾部位，裂紋的擴展及應力集中區都集中在焊趾處。而超聲波沖擊利用超聲波高頻率、高能量的特點，瞬間提供的加速度達到重力加速度的上萬倍，帶動沖擊針，對焊縫焊趾處實行敲擊，實現焊趾處的殘余壓應力，同時塑性變形會鈍化尖端部位，閉合微觀裂紋，改善焊趾處的焊接缺陷。超聲波沖擊強化可使鋼制焊接接頭疲勞強度提高60%～180%，壽命延長10～135倍。噴丸處理法是將高速彈丸噴射到工件表面，使工件表層發生塑性變形，而形成一定厚度的強化層。強化層內形成較高的殘余應力，由于工件表面壓應力的存在，從而提高工件的疲勞強度。有研究表明，噴丸處理法對材料的抗拉強度沒有明顯影響，可使延伸率略有降低、表面硬度有所增高、沖擊韌度略有下降，但能大幅提高循環載荷作用下金屬的疲勞強度和耐應力腐蝕能力。不過噴丸處理法會使材料表面的顯微組織結構發生變化，受噴表面變得粗糙。結束語經過對焊接殘余應力的研究我們可以發現，殘余應力對于焊件的剛度、焊件的受壓桿件穩定性、靜載強度、焊件的疲勞強度都產生影響。為了提高工程的質量，我們必須要采取相應的措施來將殘余應力對焊接結構的影響降到最低，避免焊件發生變形或者斷裂現象的出現，提高焊接質量和焊接水