摘要：焊接是目前焊接残余加工中的最重要手段之一，据统计，工程焊接残余中约有30%以上的零件需要采用焊接工艺。焊接为典型的热加工方法，过程中的热应力和热变形是不可避免的，但如果通过高效、合理的技术手段来研究焊接残余应力，基于特定的模型进行分析和预测，可大大改善焊件的性能和使用寿命。
关键词：焊接残余应力；形成机制；消除原理
引言
焊接技术在我国工业生产中具有广泛的应用，由于焊接工艺的质量会对工业产品的质量以及生产安全等产生很大影响，因此，各行各业对焊接结构的性能、焊接质量的要求越来越严格。在焊接的过程中，很容易产生焊接残余应力，这个应力会对焊接工艺质量造成很大影响，因此必须予以消除。针对焊接过程中产生的残余应力。
1焊接应力的危害
1.1腐蚀危害
在焊接完接头之后，因为产生的拉应力，就会使其一旦遇到腐蚀性强的介质，就可能会在腐蚀作用下发生构件开裂的问题，从而影响整体的稳定性，影响到其质量。
1.2对构件尺寸和加工精度的影响
在接头构件中，常常因为本身的应力产生稳定的效果，但是在加工中，构件的某一部分要被去掉或切割，构件的尺寸、形状等就会发生改变，这就会打破其原有的平衡性和稳定性，进而影响接头构件的精度。
1.3影响构件的刚度
在完成焊接T形接头之后，应叠加焊接残余应力和构件内应力，如果达到接头自身所带屈服点，就会直接导致其发生变形，降低其刚度。
1.4危害构件的自身疲劳强度
接头中存在焊接残余应力，构件荷载试验证明这些残余应力会使接头极易达到疲劳强度的极限，进而导致构件质量等受到危害。
1.5危害构件静载水平
在低温条件下，接头如果处于干脆性状态，那么其焊接残余应力和外在作用力就会叠加。
2焊接残余应力的产生原因
焊接应力是一种内应力，这种内应力是在对零件进行焊接时产生的。焊接过程中一瞬间产生的应力被称为瞬态应力，而焊接结束后残留的应力被称为残余应力。不难看出，瞬态应力是实时的，是某一个时间点的焊接内应力大小。焊接残余应力是持续的，是焊接结束后一个时间段的应力大小。焊接残余应力的主要原因是焊接过程中焊件不均匀加热产生的焊接应力可根据其来源分为三种情况。
2.1直接应力
这是由不均匀的热量和冷却引起的，焊件在加热和冷却过程中的温度变化率不同会引起焊件出现直接应力，这是焊接过程结束后出现残余应力的主要原因。
2.2间接应力
间接应力是由于在焊接之前结构件中就存在一定的应力，因此在焊接之后这种材料结构中本身携带的应力对轧制或者拉拔的加工过程产生较大影响，经过加工后材料的结构中会产生残余应力，而这种残余应力是间接引起的，被称之为间接应力。
2.3组织应力
材料在加工或者进行热处理的过程中常常伴随着结构变化、组织变化以及形状变化，当材料的金相组织发生变化时，也会产生应力，这种应力则成为组织应力。组织应力的产生和材料中影响组织结构的碳量、金属以及非金属量都有较大的关联，除此之外，在冷却速发生变化时，组织的变化也不尽相同，这种组织变化上的差异会使材料产生不同的组织应力。
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2焊接残余应力消除原理
焊接是一个快速的传热过程，影响焊缝接头残余应力的变化除了受本身物理属性的影响，还与焊接热源类型、焊接方法有关，具有复杂非线性的特点。在T型接头焊接时，4条焊道内的温度场是非常不均匀的，而且造成内部应力超出材料本身的屈服强度，即焊后的塑性变形。仿真结果中可以看出，最大的残余热应力并非分布与焊缝中心，而是距离中心一定距离的过热区（水平距离焊缝中心±10mm位置，竖直距离焊缝中心40mm位置）。分析其原因是由于该区域温度梯度大，而且未发生液态金属的再结晶，因此晶粒粗大，晶格畸变后产生的内应力较大，无法短时间内恢复。
4焊接残余应力消除方法研究
焊接残余应力可以引发钢结构变形问题，能够改变钢结构的承载力，在强度、刚度和受压方面的稳定性都会随着变形而受到影响。如何消除焊接残余应力是大型焊接工程等相关行业的焊接人员要思考的重要问题，消除了焊接残余应力可以及大地提高钢结构的质量。下文将介绍如何采用焊接应力消除法来去除焊接残余应力的方法。为了减少大型焊接工程中钢结构焊接过程里，由于产生了焊接残余应力而出现的变形问题，利用科学合理的方法来消除焊接残余应力是十分重要的工艺环节。实验表明，采用焊接应力消除法可以消除焊接过程中产生的焊接残余应力。焊接应力消除法主要适用于工程中焊接残余应力消除，主要是在焊接部分处适当施加外力，通过外力来改变由于焊接过程温度等的原因产生的变形，减少焊接残余应力。
在实际工作中，一个焊接工程是否可以采用焊接应力消除法消除焊接残余应力，可以通过以下条件进行判断，不能一概而论，要根据现实情况进行选择。一是焊接零部件本身是否能够采用焊接应力消除法来消除焊接残余应力；二是在对焊接零部件进行施力的过程中，要根据零部件的变形情况来考虑焊接应力的大小；三是要根据零部件的变形位置，科学合理的设计焊接应力的施力位置、施力的时间长短、施力的大小等要素。
工人使用锤子对焊件变形部分进行锤击，锤击的过程中要注意力度的大小、方向、时长。对于比较精细的焊接部分，应当用型号较小的锤子进行轻敲，让周围的金属慢慢延展，尽可能地减少焊接残余应力。如果在采用焊接应力消除法进行焊接残余应力消除的过程中，焊接零部件难以通过焊接应力消除，可以适当通过加温的方式，使得焊接零部件焊接变形的部门稍微软化，再进行焊接应力消除焊接残余应力。焊件的焊接残余应力可以达到的最大值一般是焊件材质本身的屈服点，如果焊接工人想要全部消除焊件某一结构中的焊接残余应力，可以将焊件加热到屈服点等于零的温度，再进行焊接应力消除。
结束语
我国工业生产中很多的焊接残余制造都离不开焊接技术，焊接技术是推动我国工业生产的重要力量。由于焊接工艺的质量与工业产品的质量息息相关，同时又能影响生产安全，因此，各行各业越来越重视焊接结构的性能、焊接质量。在焊接的过程中，由于焊接技巧很容易产生焊接残余应力，这个应力会对焊接工艺质量造成很大影响，因此必须对焊接参与应力予以消除处理。针对焊接过程中产生的残余应力，本文介绍了利用焊接残余应力进行消除的方法，实验证明，焊接残余应力消除法对焊接残余应力具有消除作用，可以用于实际生产提高焊接的质量和性能。
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论文作者:曹鲁东,孙霄年,张延邦
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/8
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