焊接应力的调控与消除方法

出处：按学科分类—工业技术 江苏科学技术出版社《焊工简明实用手册》第394页（1744字）

(一)焊接应力的调控

1．采用合理的焊接次序

尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量比较大的焊缝。如图6．1－5中带盖板的双工字钢结构件，应先焊盖板的对接焊缝1，后焊盖板和工字钢之间的角焊缝2，使对接焊缝1能自由收缩，从而减少内应力。

图6．1－5 按收缩量大小确定焊接顺序

2．反变形法

在焊接封闭焊缝或其他刚性较大，自由度较小的焊缝时，可以采用反变形来增加焊缝的收缩自由度，如图6．1－6所示。

图6．1－6 降低局部刚度减小内应力

3．锤击或碾压焊缝

每焊一道焊缝用带小圆弧面的风枪或小锤锤击焊缝区，使焊缝得到延伸，从而降低焊接内应力。锤击应保持均匀、适度，避免锤击过分产生裂纹。对脆性材料应慎重。

4．加热减应力区法

加热区的伸长带动焊接部位，使它产生一个与焊缝变形方向相反的变形。在冷却过程时，加热区的收缩和焊缝的收缩方向相同，使焊缝能自由地收缩，从而降低焊接内应力。如图6．1－7就是利用该原理的一个应用实例。

图6．1－7 轮辐、轮缘断口的焊接

(二)消除焊接应力的方法

由于焊接内应力的不利影响只有在一定的条件下才能表现出来，要保证焊接结构不产生低应力脆性断裂，可以通过合理选材、改进焊接工艺、加强质量检查、避免严重缺陷来解决，消除内应力仅仅是其中的一种方法。

焊后消除内应力的方法有：

1．整体高温回火

焊后将工件整体均匀加热到一定温度，如低碳钢加热到580～680℃，保温一定时间，而后缓慢冷却(空冷或随炉冷却)。该法可消除80%～ 90%的焊接应力，如图6．1－8所示。

图6．1－8 消除应力退火温度与时间的关系

2．局部高温回火

对焊缝及其附近的局部区域进行加热，可以降低内应力峰值，但不能完全消除焊接应力，如图6．1－9所示。

图6．1－9 管接头焊缝局部回火消除内应力的温度分布

3．机械拉伸法

机械拉伸法又称过载法，通过一次加载拉伸，拉应力区在外载的作用下产生拉伸塑性变形，它的方向与焊接时产生的压缩塑性变形方向相反。因为焊接残余内应力正是由于局部压缩塑性变形引起的，加载应力越高，压缩塑性变形就抵消越多，内应力也就消除越彻底。

4．温差拉伸法

该方法的基本原理与机械拉伸法相同，是利用拉伸来抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，所不同的是该方法利用局部加热的温差来拉伸焊缝区的，如图6．1－10所示。

图6．1－10 温差拉伸法

5．振动法

试验证明，当变载荷达到一定数值，经过多次循环加载后，结构中的内应力逐渐降低。这种方法的优点是设备简单而价廉，处理成本低，时间比较短，没有高温回火时的金属氧化等问题。