焊接應力及變形是如何産生?我們都知道實際生産時，即便從設計結構和工藝控制方面采取了一定措施，實際焊接完成後，仍然存在一定的焊接變形和殘餘應力，下面我們就來聊聊關于焊接應力及變形是如何産生?接下來我們就一起去了解一下吧!

焊接應力及變形是如何産生

我們都知道實際生産時，即便從設計結構和工藝控制方面采取了一定措施，實際焊接完成後，仍然存在一定的焊接變形和殘餘應力。

由于焊接應力對焊接結構質量造成諸多不利影響，因此，如何降低和消除焊接殘餘應力成為焊接領域的一個重要課題，人們也提出了多種消除和降低焊接殘餘應力的方法。下面我們就來介紹一下常用的消除應力方法，以便在實際應用中參考使用。

目前常用的消除應力方法主要有三種：自然時效、振動時效和熱處理去應力，我們分别來進行說明。對于其他特殊時效方法也做簡要說明。

第一、自然時效。

自然時效是指将工件放在室外等自然條件下，使工件内部應力自然釋放從而使殘餘應力消除或減少。

自然時效是最古老的時效方法。它是把構件露天放置于室外，依靠大自然的力量，經過幾個月至幾年的風吹、 日曬、雨淋和季節的溫度變化，給構件多次造成反複的溫度應力。在溫度應力形成的過載下，促使殘餘應力發生松弛而使尺寸精度獲得穩定。

自然時效的優點：簡單易行，無需任何設備，隻需一塊适當的空地就行，幾乎不發生任何費用，自然時效降低了少量殘餘應力，提高了構件的松弛剛度，對構件的尺寸穩定性較好。

自然時效的缺點：時效周期較長，且不能完全消除殘餘應力，占用場地大，也不易管理，不能及時發現構件内的缺陷，因此對生産周期短，交貨要求急的産品不太适應，已逐漸被淘汰。

第二、振動時效。

振動時效是通過振動使工件内部殘餘的内應力和附加的振動應力的矢量和，達到超過材料屈服強度的時候，使材料發生微量的塑性變形，從而使材料内部的内應力得以松弛和減輕。

振動時效是工程材料常用的一種消除其内部殘餘内應力的方法。通過激振器反複對工件施加周期性載荷，以機械方式迫使工件在其共振範圍内産生共振，造成工件中殘餘的高峰值處産生微小塑性變形，使得工件内部殘餘應力峰值降低，并使殘餘應力重新均化分布，從而達到釋放應力的目的。

振動時效優點：設備設備簡單、操作方便、生産周期短（通常不超過1小時）、無氧化，尺寸精度穩定，減小應力效果好等諸多優點得到了越來越多地應用。采用振動時效處理可消除應力50% ~ 70%。

振動時效缺點：振動時效隻能減小殘餘應力的峰值而不能完全消除殘餘應力，故振動時效對減少現存變形的效果不大，但對防止以後使用中将會産生的變形能起到較好地預防作用。

第三、熱處理去應力。熱處理去應力是在适當的溫度下停留适當時間，幾乎可将焊接殘餘應力完全消除。通常在550~ 650 ℃, 最高不能超過材料的相變點或鋼材自身的回火溫度， 保溫一段時間後緩慢冷卻。當鋼材的溫度升高時，其屈服強度下降，這樣原有的彈性應變會成為塑性應變，從而使應力松弛。

熱處理去應力，采用整體消除焊接應力的效果最好，對重要的小型焊接件來說是非常行之有效的，也是常用的方法之一。對大型焊接件，由于受加熱爐尺寸的限制通常不能整體加熱消除應力，在焊件變形處局部加熱消除焊接應力和應變亦能取得較好效果。

熱處理去應力關鍵在于對加熱溫度、保溫時間、以及溫度的均勻性，等工藝參數的控制。熱處理的溫度越高，保溫時間越長，應力消除越徹底。經過消除應力熱處理後工件的應力一般能消除60% ~ 80% 以上。

熱處理去應力優點：焊接應力的效果最好，幾乎可将焊接殘餘應力完全消除。

熱處理去應力缺點：大型焊接件受加熱爐尺寸的限制通常不能整體加熱。

第四、其他去應力方法1）液壓超載法

液壓超載法指在可控條件下對容器施加一次或多次比其工作狀态下稍大的外載荷，特别适合壓力容器。

液壓載荷形成的應力與容器局部存在的焊接殘餘應力疊加，當合成應力達到材料屈服極限時，局部區域便産生了塑性變形。随着外加應力值的增加，合成應力達到屈服極限的範圍增大，産生塑性變形的範圍也應相應增大，但應力值沒有增加或增加不多。

由于容器本身是連續的，在外載荷卸除過程中，屈服變形區域與彈性變形區域同時以彈性狀态回複，存在與容器内部的焊接殘餘應力随之獲得釋放而被部分消除。

此技術一般是通過水壓試驗來進行的，這對于一些焊後需要進行液壓試驗的焊接容器特别有意義。由于水壓試驗是壓力容器制造過程中必經的工序，因此采用此方法無需增加設備的投入，工期短、成本低、體現了良好的經濟效益。

2）錘擊法

錘擊法是當焊縫金屬在冷卻時由于焊縫收縮時受阻而産生應力時，趁着焊縫和堆焊層還在赤熱的狀态下用錘輕敲焊縫區，焊縫金屬在迅速均勻的錘擊下産生橫向塑性伸展，使焊縫收縮得到一定補償，從而使該部位的拉伸殘餘應力的彈性應變得到松弛，焊接殘餘應力即可部分消除。

錘擊法特别适用于較長的焊縫和堆焊層。錘擊由于在較高的溫度下進行, 但應避開材料的藍脆範圍。多層焊時，第一層和最後一層焊縫不用錘擊，其餘每層都要錘擊。第一層不錘擊是為了避免産生根部裂紋，最後一層焊縫要焊接得較薄，以便消除由于錘擊而引起的冷作硬化。

錘擊法從原理上講對防止應力腐蝕開裂是會有一定的抑制作用，在實際壓力容器制造中應用比較廣泛。

但是由于在實踐操作過程中沒有量化指标和較嚴格的操作規程，受人為操作因素影響較大，加上對比使用的驗證工作不夠，始終未被現行标準所采用，無法作為消除應力的最終處理，目前隻作為焊接過程中的應力松弛手段，也可用于難于進行熱處理的奧氏體不鏽鋼焊接中。

總結一下，降低和消除焊接殘餘應力是焊接領域的一個重要課題，我們必須熟悉和理解這幾種常用的去應力方法并加以運用：熱處理去應力方法效果最好，可以去除應力60-80%以上，實際應用廣泛；振動時效可以去除50-70%的應力，應用範圍越來越廣；自然時效周期太長，實際中已經很少應用，錘擊和液壓加載法在特殊産品中可以選擇使用。

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