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焊接殘余應力是怎么產生的？怎么控制？

發布時間：2025-02-19 瀏覽次數：48389次

焊接殘余應力是焊接工程研究領域的重點問題。

涉及焊接的各種工程應用中，都十分關注殘余應力的影響。

例如，在土木工程領域，對于鋼結構焊接連接，殘余應力對結構的疲勞性能、穩定承載力等均有影響。

今天，我們就來系統了解學習殘余應力的相關知識：

殘余應力是什么？

殘余應力是指在沒有外力或外力矩作用的條件下，構件或材料內部存在并且自身保持平衡的宏觀應力。

殘余應力是哪種內應力？

1、內應力的分類

根據作用范圍大小可分為三類：

第一類內應力（又稱“宏觀應力”）貫穿于整個物體內部；

第二類內應力存在于單個晶粒的內部，當這種平衡遭到破壞時，晶粒尺寸會發生變化；

第三類內應力則是指原子間的相互作用力。

2、殘余應力所屬類別

殘余應力是第一類內應力的工程名稱。

殘余應力形成的根本原因

微觀上，不同原子或者同種原子不同排列方式，造成材料成分或者結構上的不均勻性，導致的原子間相互作用力的變化在宏觀上的體現。

哪些加工成型過程會導致殘余應力？

鑄造、鍛壓、焊接、噴涂以及各類機械加工成型過程中都會導致材料出現殘余應力。

本文關注的對象是焊接殘余應力。

焊接殘余應力是焊件產生變形、開裂等工藝缺陷的主要原因，焊接變形在制造過程中危及形狀與尺寸公差、接頭安裝偏差和增加坡口間隙，使制造過程更加困難；

焊接殘余應力可使焊縫特別是定位焊縫部分或完全斷開；

機械加工過程中釋放的殘余應力也會導致工件產生不允許的變形。

同時，焊接殘余力可能引起結構的脆性斷裂，拉伸殘余應力會降低疲勞強度和腐蝕抗力，壓縮殘余應力會減小穩定性極限。

因此，焊接殘余應力一直是焊接界關注的重點問題之一。

焊接殘余應力的控制方法

1、在制造過程中的工藝措施和方法：

2、采用線能量小的工藝參數和焊接方法及強制冷卻措施。

3、采用合理的焊接順序和方向，調整殘余應力分布。

3.1 先焊收縮量大的焊縫和應力較大的焊縫；

3.2 焊縫交叉時，先焊短焊縫，后焊直通長焊縫；

3.3 采取降低焊縫拘束度的工藝措施，補償焊縫收縮量；

3.4 錘擊多層焊縫中間各層，使之延展，降低應力和拘束度；

3.5 預拉伸補償焊縫收縮（機械拉伸或熱拉伸）；

3.6 局部加熱，在構件的相應部分形成可補償焊縫收縮的變形。

焊接殘余應力的消除方法

1、利用機械力或沖擊能分為焊縫滾壓法、機械拉伸法、錘擊法、振動法、爆炸法。

2、熱處理整體高溫退火、局部高溫退火、溫差拉伸法（低溫消除應力法）、擬焊接加熱法。

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