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焊接残余应力是怎么产生的？怎么控制？

发布时间：2025-02-19 浏览次数：51500次

焊接残余应力是焊接工程研究领域的重点问题。

涉及焊接的各种工程应用中，都十分关注残余应力的影响。

例如，在土木工程领域，对于钢结构焊接连接，残余应力对结构的疲劳性能、稳定承载力等均有影响。

今天，我们就来系统了解学习残余应力的相关知识：

残余应力是什么？

残余应力是指在没有外力或外力矩作用的条件下，构件或材料内部存在并且自身保持平衡的宏观应力。

残余应力是哪种内应力？

1、内应力的分类

根据作用范围大小可分为三类：

第一类内应力（又称“宏观应力”）贯穿于整个物体内部；

第二类内应力存在于单个晶粒的内部，当这种平衡遭到破坏时，晶粒尺寸会发生变化；

第三类内应力则是指原子间的相互作用力。

2、残余应力所属类别

残余应力是第一类内应力的工程名称。

残余应力形成的根本原因

微观上，不同原子或者同种原子不同排列方式，造成材料成分或者结构上的不均匀性，导致的原子间相互作用力的变化在宏观上的体现。

哪些加工成型过程会导致残余应力？

铸造、锻压、焊接、喷涂以及各类机械加工成型过程中都会导致材料出现残余应力。

本文关注的对象是焊接残余应力。

焊接残余应力是焊件产生变形、开裂等工艺缺陷的主要原因，焊接变形在制造过程中危及形状与尺寸公差、接头安装偏差和增加坡口间隙，使制造过程更加困难；

焊接残余应力可使焊缝特别是定位焊缝部分或完全断开；

机械加工过程中释放的残余应力也会导致工件产生不允许的变形。

同时，焊接残余力可能引起结构的脆性断裂，拉伸残余应力会降低疲劳强度和腐蚀抗力，压缩残余应力会减小稳定性极限。

因此，焊接残余应力一直是焊接界关注的重点问题之一。

焊接残余应力的控制方法

1、在制造过程中的工艺措施和方法：

2、采用线能量小的工艺参数和焊接方法及强制冷却措施。

3、采用合理的焊接顺序和方向，调整残余应力分布。

3.1 先焊收缩量大的焊缝和应力较大的焊缝；

3.2 焊缝交叉时，先焊短焊缝，后焊直通长焊缝；

3.3 采取降低焊缝拘束度的工艺措施，补偿焊缝收缩量；

3.4 锤击多层焊缝中间各层，使之延展，降低应力和拘束度；

3.5 预拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或热拉伸）；

3.6 局部加热，在构件的相应部分形成可补偿焊缝收缩的变形。

焊接残余应力的消除方法

1、利用机械力或冲击能分为焊缝滚压法、机械拉伸法、锤击法、振动法、爆炸法。

2、热处理整体高温退火、局部高温退火、温差拉伸法（低温消除应力法）、拟焊接加热法。

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