焊接應(yīng)力形成的原因應(yīng)力消除振動時效處理方法

焊件在焊接過程中，熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、加工應(yīng)力等超過屈服極限（Yield strength），以致冷卻后焊件中留有未能消除的應(yīng)力。 這樣，焊接冷卻后的殘余在焊件中的宏觀應(yīng)力稱為殘余焊接應(yīng)力。焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。 焊接殘余應(yīng)力，是焊接工程研究領(lǐng)域的重點問題。涉及焊接的各種工程應(yīng)用中，都十分關(guān)注殘余應(yīng)力的影響。例如，在土木工程領(lǐng)域，對于鋼結(jié)構(gòu)焊接連接，殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的疲勞性能，穩(wěn)定承載力等均有影響。
焊接應(yīng)力有暫時應(yīng)力與殘余應(yīng)力之分。暫時應(yīng)力只在焊接過程中一定的溫度條件
下存在，當(dāng)焊件冷卻至常溫時，暫時應(yīng)力即行消失。焊接殘余應(yīng)力是指焊件冷卻后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力。從結(jié)構(gòu)的使用要求來看，焊接殘余應(yīng)力有著重要意義。殘余應(yīng)力按其方向可分為縱向、橫向和沿厚度方向的應(yīng)力三種。
1.縱向焊接殘余應(yīng)力
焊接過程一個不均勻加熱和冷卻的過程。在施焊時，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，
焊縫及附近溫度zui高，可達(dá)1600℃以上，其鄰近區(qū)域則溫度急劇下降。不均勻的溫度場將產(chǎn)生不均勻的膨脹。焊縫及附近高溫處的鋼材膨脹zui大，由于受到兩側(cè)溫度較低，膨脹較小的鋼材的限制，產(chǎn)生了熱狀態(tài)塑性壓縮。焊縫冷壓時，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮得比原始長度稍短，這種縮短變形受到焊縫兩側(cè)鋼材的限制，使焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。在低碳鋼和低合金鋼中，這種拉應(yīng)力以常達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度。焊接殘余應(yīng)力是荷載未作用時的內(nèi)應(yīng)力，因此會在焊件內(nèi)部自相平衡，這就必然在距焊縫稍遠(yuǎn)區(qū)域應(yīng)力。用三塊剪切下料的鋼板焊成的工字形截面，縱向焊接殘余應(yīng)力分布。
2.橫向殘余應(yīng)力
橫向殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因有：①由于焊縫縱向收縮，兩塊鋼板趨向于外彎成弓形的趨勢，但在實際上焊縫將兩塊鋼板連成整體，不能分開，于是在焊縫中部將產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而在兩端產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。②焊縫在施焊過程中，先后冷卻的時間不同，先焊的焊縫已經(jīng)凝固，且具有一定的強(qiáng)度，會阻止后焊焊縫在橫向的自由膨脹，使其產(chǎn)生橫向的塑性壓縮變形。當(dāng)焊縫冷卻時，后焊焊縫的收縮受到已凝固焊縫的限制而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，同時在先焊部分的焊縫內(nèi)產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。橫向收縮引起的橫向應(yīng)力與施焊方向及先后次序有關(guān)，焊縫的橫向殘余應(yīng)力是上述兩種原因產(chǎn)生的應(yīng)力的合成。
3.沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力
在厚鋼板的連接中，焊縫需要多層施焊。因此，除有縱向和橫向殘余應(yīng)力之外，沿厚度方向還存在著殘余應(yīng)力。這三種應(yīng)力可能形成比較嚴(yán)重的同號三軸應(yīng)力；會大大降低結(jié)構(gòu)連接的塑性。這就是焊接結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性破壞的原因之一。
以上分析是焊件在無外加約束情況下的焊接殘余應(yīng)力。若焊件施焊時處在約束狀態(tài)，如采用強(qiáng)大夾具或焊件本身剛度較大等，焊件將因不能自由伸縮變形而產(chǎn)生更大的焊邊殘余應(yīng)力，且隨約束程度增加而增大。

焊接應(yīng)力形成的原因應(yīng)力消除振動時效處理方法