消除焊接残余应力的措施

消除焊接残余应力的措施 1 概念与形成2 焊接残余应力的影响3 减小残余应力的措施4 消除残余应力的措施 1 焊接残余应力的形成 概念 焊接后残留在焊件内部的应力 叫做焊接残余应力 形成 焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形 比容不同的组织变化等因素是产生焊接残余应力的根本原因 2 焊接残余应力的影响 焊接残余应力会 影响加工尺寸精度 增加工件工作时的内应力 降低承载能力 还会引起裂纹 甚至造成脆断 应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹 3 减小残余应力的措施 设计措施减少焊缝数量避免焊缝过于集中 采用拘束度小的结构形式 工艺措施采用合理的装配焊接顺序和方向缩小焊接区与结构整体之间的温差降低焊缝拘束度加热其他部位 使焊缝膨胀自由度加大 减少压缩塑性变形 4 消除残余应力的措施 热处理 一方面高温使得材料屈服极限下降 残余应力得到释放 另一方面材料在一定温度下产生蠕变 使残余应力得到松弛 对重要焊接构件先进行整体热时效 然后在现场与其它构件进行组合拼焊的工艺是建筑钢结构制造常采用的方法 其具有焊缝去氢 恢复塑性和消应力三重功能 一般认为热时效的消应力效果为40 80 机械拉伸 焊缝区受拉应力 经过拉伸产生塑性变形 松弛了残余应力 温差拉伸 焊缝两侧加热锤击焊缝 锤击处产生延伸变形 抵消压变振动时效 振动产生循环应力 与残余应力叠加可以超过屈服极限引起塑性变形 从而降低内应力其他 喷丸处理等 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 这种塑性变形往往首先发生在残余应力最大处和构件的应力集中点 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 应用振动时效技术在我国已达25年 相继出台三个技术标准 尽管振动时效不具备去氢和恢复塑性的功能 但从尺寸稳定性比较 已达到和超过热时效的水平 振动时效是一种以消应力 提高尺寸稳定性为目标的替代热时效的先进工艺 尽管目前振动时效在建筑钢结构应用尚少 但根据建筑钢结构的载荷特点与施工要求 振动时效有可能成为今后建筑钢结构消应力的主流工艺之一 超声冲击与锤击 超声冲击消应力技术由乌克兰巴顿焊接研究所提出 近年引入我国 已在北京电视台钢结构立柱上进行过试验 超声冲击消应力工艺的特点是 在超声频率 16KHz 下应用束状冲头 在对焊趾和焊缝表面进行冲击 试验表明 超声冲击对一定深度的表层有消应力的效果 在采用对焊道全覆盖冲击时 被冲击的表面会形成压应力 对2 4mm深度层消应力效果可达34 55 采用焊趾冲击法 可以快速修复焊趾的缺陷 降低应力集中 并伴随其压应力区的作用可以在一定程度上降低焊趾边未受冲击焊缝的残余应力 下降率达19 对提高接头的疲劳寿命有明显作用 由于冲击工艺处理的特点 仅可以用于冲击工具可达的外表面 其工作效率约为1200mm2 min 冲击工艺是以点接触 压应力屈服为主要特征的 面效应 型消应力工艺 伴随一定的振动时效效果 比较适合高拘束状态短焊缝的局部处理 爆炸法工艺 将特种专用炸药沿焊缝走向粘贴在焊缝附近 炸药引爆后产生连续的冲击波迫使结构的峰值应力区域发生塑性变形 以此达到消应力的目的 据报道消除厚度可达70mm 效果