焊接残余应力和变形的对策

焊接残余应力和变形的对策

焊接工艺主要应用于工程结构件如船舶、车辆箱体、桥梁、钢结构、容器、管道、反应釜等等，动载机器结构件应用较少（如汽车零配件采用摩擦焊较多）。

工程结构件焊接变形一般有7种形式：①纵向收缩变形：沿焊缝长度方向的收缩。②横向收缩变形：垂直于焊缝方向的横向收缩。③角变形：绕焊缝轴线的角位移。④挠曲变形：构件中心轴上下不对称的收缩引起的弯曲变形。⑤失稳变形：薄壁结构在焊接残余压应力的作用下，局部失稳而产生波浪形；⑥错边变形：焊接边缘在焊接过程中，因膨胀不一致而产生的厚度方向的错边。⑦扭曲变形：由于装配不良、施焊顺序不合理而使焊缝的纵向、横向收缩没有规律所引起的变形。

加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，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，达到松弛焊接应力的目的。

（1）机械拉伸法，例如对压力容器可以采用水压试验，也可以在焊缝两侧局部加热到200℃，造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸，以减小残余应力。对于由长而规则的对接焊缝引起的薄板壳结构的变形，用钢轮辗压焊缝及其两侧区域，可获得良好的矫正效果。

（2）温差拉伸法，在焊缝两侧各用一个宽度适当的氧乙炔焰焊炬进行加热，在焊炬后面一定距离，用一根带有排孔的水管进行喷水冷却。氧乙炔焰和喷水管以相同速度向前移动。这就形成了一个两侧温度高(峰值约为200℃)、焊接区温度低(约为100℃)的温度差。两侧金属受热膨胀对温度较低的区域进行拉伸，这样就可消除部分残余应力。据测定，消除残余应力的效果可达50~70%。

（3）振动时效法，给被时效处理的焊接件施加一个跟工件本身固有的谐振频率一致的周期激振力，使其发生共振，因而使焊接工件得到一定的振动能量，使工件内部金属扭曲的晶格位错逐渐滑移并且重新组合、脱钉，从而使结构发生微观塑性变形松弛或均化残余应力。正确地选择振动时效型工艺，对焊接工件关键部位适当地施加应力后，振动时效能使残余应力可以被消除20～80%左右，且高应力区消除的比低应力区大，显著提高使用强度和疲劳寿命，降低应力腐蚀敏感性，稳定焊接件的形状和尺寸。