第二节 焊接残余应力

焊接残余应力主讲教师：所属专业：焊接技术应用焊接结构生产主要内容主要内容01OPTION02OPTION03OPTION04OPTION焊接残余应力的分类（了解）焊接残余应力的分布（掌握）焊接残余应力的影响（了解）控制焊接残余应力的措施（掌握）01OPTION消除焊接残余应力的方法（掌握）一、焊接残余应力的分类1.按应力产生的原因分（1）热应力。它是在焊接过程中，焊件内部温度有差异引起的应力，故又称温差应力。（2）相变应力。它是在焊接过程中局部金属发生相变，其比体积增大或减小而引起的应力。（3）塑变应力。它是指金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后所引起的内应力。一、焊接残余应力的分类2.按应力存在的时间分（1）焊接瞬时应力。它是指在焊接过程中某一瞬时的焊接应力，它随时间而变化。（2）焊接残余应力。它是焊接结束后残留在焊件内的应力，

残余应力对焊接结构的强度、耐蚀性和尺寸稳定性等使用性能有影响。1.纵向残余应力σx的分布——在焊件横截面上的分布二、焊接残余应力的分布作用方向平行于焊缝轴线的残余应力称为纵向残余应力。在焊接结构中，焊缝及其附近区域的纵向残余应力为拉应力，一般可达到材料的屈服强度，随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降并转为压应力。2.横向残余应力σy的分布二、焊接残余应力的分布作用方向垂直于焊缝轴线的残余应力称为横向残余应力。

横向残余应力产生原因比较复杂，一部分是由焊缝及其附近塑性变形区的纵向收缩引起的横向应力；另一部分是由焊缝及塑性变形区横向收缩的不均匀性所引起的横向应力。（1）焊缝及其附近塑性变形区的纵向收缩引起的横向应力二、焊接残余应力的分布二、焊接残余应力的分布（2）横向收缩引起的横向应力三、焊接残余应力对焊接结构的影响1.对焊接结构强度的影响。2.对焊件加工尺寸精度的影响。3.对受压杆件稳定性的影响。四、控制焊接残余应力的措施减少和改善焊接残余应力可以从设计和工艺两方面着手1.设计措施(2)避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的距离；(1)尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸；(3)采用刚度较小的接头形式。四、控制焊接残余应力的措施四、控制焊接残余应力的措施2.工艺措施加热“减应区”法05OPTION工艺措施01OPTION02OPTION03OPTION04OPTION采用合理的装配焊接顺序和方向预热法冷焊法降低焊缝的拘束度2）收缩量最大的焊缝先焊。3）工作时受力最大的焊缝先焊。1）在一个平面上的焊缝，焊接时应保证焊缝的纵向和横向收缩均能比较自由。4）注意平面交叉焊缝的焊接顺序。主要内容工艺措施——采用合理的装配焊接顺序和方向1）保证焊缝纵向和横向收缩都比较自由工艺措施——采用合理的装配焊接顺序和方向原则：先焊错开的短焊缝，后焊直通焊缝。2）收缩量大的焊缝应先焊工艺措施——采用合理的装配焊接顺序和方向原因：先焊的焊缝收缩时受阻较小，因而残余应力就比较小。工艺措施——采用合理的装配焊接顺序和方向3）工作时受力最大的焊缝应先焊原因：先焊的焊缝收缩时受阻较小，因而残余应力就比较小。4）平面交叉焊缝的焊接顺序工艺措施——采用合理的装配焊接顺序和方向要点：交叉处清根，避免产生裂纹、夹渣等缺陷。工艺措施——预热法与冷焊法施焊前预先将试件局部或整体加热到150-650℃。尽量采用小的焊接热输入，选用小直径焊条，小电流，快速焊和多层多道焊。1）预热法：2）冷焊法：淬硬倾向较大、刚性较大或脆性材料焊接时常用。工艺措施——降低焊缝的拘束度要点：对镶板边缘适当翻边，做出角反变形，减小拘束度。工艺措施——加热“减应区”法

焊接时加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位（减应区）使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，起到减小焊接应力的作用，此法称为加热“减应区”法。工艺措施——加热“减应区”法正确选择“减应区”用气焊炬在所选择处试加热一下，若待焊处的缝隙是张开的，则表示选择正确，否则不正确。工艺措施——加热“减应区”法正确选择“减应区”用气焊炬在所选择处试加热一下，若待焊处的缝隙是张开的，则表示选择正确，否则不正确。五、消除焊接残余应力的方法

机械拉伸法

温差拉伸法

锤击焊缝

振动法

热处理法1.热处理法

热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松弛焊接残余应力的目的。热处理整体高温回火：将整个构件缓慢加热到一定的温度并在该温度下保温一定时间，然后空冷或随炉冷却的过程。局部高温回火：将构件焊缝周围局部应力很大的区域及其周围，缓慢加热到一定温度后保温，然后缓慢冷却。2.机械拉伸法

机械拉伸法是采用不同方式对构件上施加一定的拉应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，在与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松弛焊接残余应力的作用。机械拉伸法3.温差拉伸法

温差拉伸法的基本原理与机械拉伸法相同，其不同点是机械拉伸法采用外力进行拉伸，而温差拉伸法是采用局部加热形成的温差来拉伸压缩塑性变形区。

温差拉伸法常用于焊缝比较规则、厚度不大（＜40mm）的容器、船舶等板、壳结构，具有一定的实用价值。4.锤击焊缝

在焊后用锤子或一定直径的半球形风锤锤击焊缝，可使焊缝金属产生延伸变