浅谈焊接残余应力

1、浅谈焊接残余应力的影响及控制措施钢材焊接时在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处可达到1600 C以上。高温部分钢材要求较大的膨胀伸长但受到邻近钢材的约束，从而 在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中随时间和温度而不断变化，称 为焊接应力。焊接应力较高的部位将达到钢材屈服强度而发生塑性变形，因而 钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力。在焊接和冷却过程 中由于焊件受热和冷却都不均匀，除产生内应力外，还会产生变形（如焊件弯 曲或扭转等）。焊接和冷却过程中焊件产生的变形称为焊接（热）变形，冷却后 残存于焊件的变形称为焊接残余变形。焊接残余应力和残存变形将影响构件的 受力和使

2、用，并且是形成各种焊接裂纹的因素之一，应在焊接、制造和设计时 加以控制和重视。一、 焊接残余应力的影响 结构构件通常是承受纵向应力为主，故构件纵向残余应力对受力有较大的 影响。横向和厚度方向残余应力引起构件的双轴或三轴复杂应力状态、以及焊 接时焊缝和钢材热影响区对机械性能的不利影响，也会使钢变脆和对受力不利。1. 对结构构件静力强度的影响 没有严重应力集中的焊接结构，只要钢材具有一定的塑性变形能力（没有低温、动力荷载等使钢材变脆的不利因素） ，残余应力将不影响结构的静力强度2. 对结构构件变形和刚度的影响当焊接残余应力或残余应力和外荷载应力的合成应力达到钢材的屈服强度 后，截面的一部分将进入塑

3、性受力状态而丧失继续承受荷载的能力；此后继续 受力的有效截面将只是弹性区部分。3. 对结构构件稳定性的影响轴心受压、受弯和弯压等构件可能在荷载引起的压应力作用下丧失整体稳 定（构件发生屈曲） 。这些构件中外荷载引起的压应力与截面残余压应力叠加时， 会使该部分截面提前达到受压屈服强度并进入塑性受压状态。这部分截面丧失 了继续承受荷载的能力，降低了刚度，对保证构件稳定也不能再起作用，因而 将降低构件的整体稳定性（在受弯和压弯构件中，有时也可能因拉应力先达到 屈服强度导致构件降低刚度而失稳，这时残余拉应力也对稳定有影响） 。残余应 力也将降低构件中受压板件的局部稳定性。4. 对结构疲劳强度的影响 如

4、荷载作用下的构件拉应力部位或其应力集中部位正好是残余拉应力较大 的部位，则叠加后的实际应力循环的最大和最小拉应力将比未考虑或没有残余 应力时的名义应力循环的最大和最小拉应力值增大（增大值等于残余应力值） ， 并且实际最大焊接残余拉应力常达到或接近钢材屈服强度，将促使疲劳裂纹更 易形成和扩展，从而降低结构构件和连接的疲劳强度。多轴残余拉应力将进一 步降低疲劳强度。二、 减少焊接残余应力和焊接残余变形的方法 构件产生过大的焊接残余应力和焊接残余变形多数是由于构造不当或焊接 工艺欠妥。应力集中、复杂应力状态、直接动力荷载、低温等则使其对受力的 不利影响更加严重。故应从设计和焊接工艺两方面采取适当措施

5、。超过规定要 求的变形应采用机械、人工或结合火焰局部加热进行校正。1. 设计措施（1）尽量减少焊缝的数量和尺寸。（2）避免焊缝过分集中或多方向焊缝相交于一点。（3）焊缝尽可能对称布置，连接过渡尽量平滑，避免截面突变和应力集中 现象。（4） 在搭接连接中，搭接长度不得小于焊件较小厚度的5倍及25mm,且 不应只采用一条正面角焊缝来传力。（5）焊缝应布置在焊工便于达到和施焊的位置,并有合适的焊条运转空间和角度,尽量避免仰焊。2. 焊接工艺措施（1）采用适当的焊接顺序和方向。（2）先焊收缩量较大的焊缝， 后焊收缩量较小的焊缝； 先焊错开的短焊缝， 后焊直通的长焊缝，使焊缝有较大的横向收缩余地。（3）

6、先焊使用时受力较大的焊缝，后焊受力较次要的焊缝，则受力较大的 焊缝在焊接和冷却过程中有一定范围的伸缩余地，可减小焊接残余应力。（4）反变形。即施焊前使构件有一个与焊接残余变形相反的预变形，以减 小最终的总变形。（5）预热、后热。即施焊前先将构件整体或局部预热至100300C，焊后保温一段时间，以减小焊接和冷却过程中温度的不均匀程度，从而降低焊接残 余应力并减少发生裂纹的危险。较厚钢材或温度低于0C的情况焊接时，通常应 对焊缝附近局部进行预热。（ 6）高温回火（或称消除内应力退火） 。在施焊后进行高温回火，既加热至600650C,保持一段时间恒温后缓慢冷却。对较小焊件可进行整体高温回火， 由于加热已达钢材的热塑性温度，可消除大部分（80%90%以上）残余应力