焊接結構的殘余應力的研究

摘 要：隨著經濟的快速發展和科學技術的不斷進步，人們對焊接結構殘余應力的研究進一步加深，焊接結構的殘余應力對一個構件的影響非常大，它會影響構件的使用以及構件的后期承受能力，同時，我們知道構件如果出現焊接結構的殘余應力，那么焊接結構的殘余應力會使構件產生比較大的焊接裂紋。總之，焊接結構的殘余應力對于一個構件的質量好壞起著至關重要的作用，文章從多個方面對焊接結構的殘余應力作出了研究。

關鍵詞：焊接結構；殘余應力；結構研究

構件的焊接應力是在焊接時產生局部的高溫，高溫部分材料要求強大的膨脹伸展但是受到旁邊材料的約束，從而使焊件內引起較高的溫度應力，并且在焊接過程中隨著時間和溫度的變化而變化，當焊接應力較高的部位達到焊接材料屈服強度而發生塑性變形，鋼材冷卻后將有殘存于焊件內的應力，就是焊接結構的殘余應力。由焊接結構的定義來看，焊接結構的殘余應力對一個構件的影響極其之大，我們在焊接過程中應該要注意焊接結構的殘余應力這一問題。

1 焊接結構的殘余應力對構件的影響

1.1 焊接結構的殘余應力對構件疲勞強度的影響

一個構件的疲勞強度與焊接的應力循環有關，當一個構件的焊接的應力循環的平均值增加時，它的極限就會有所降低，所以說如果在構件的應力上存在著焊接結構的殘余應力，那么這個構件的疲勞強度則會大大地降低。實際條件下，如果一個構件的焊接結構殘余應力過大，有時達到材料的最大承受能力，那么就會對構件的疲勞強度產生極其之大的影響，最終會影響到一個構件的質量以及后續的使用。所以我們如果想使焊件的構件達到一定的疲勞強度，我們就不僅僅只是應該關注構件的前期制作，更應該注意在焊接時的殘余應力問題。

1.2 焊接結構的殘余應力對構件的穩定性的影響

眾所周知，當一個構件受到各種壓力、彎壓時，構件就會出現各種不穩定的現象，比如說受壓桿件會不穩定、焊件加工精度和尺寸會不穩定等。而當焊件產生焊接結構的殘余應力時，構件的不穩定問題會更加的嚴重。當外面的壓力與焊接結構的殘余應力同時作用于構件時，會出現更加嚴重的問題，焊件會出現由于有效截面積嚴重不足而導致的受壓桿件不穩定以及由于焊接結構的殘余應力之前的平衡狀態被破壞而導致的焊件加工精度和尺寸不穩定等等一些嚴重的問題。而這些都是使一個構件使用強度不高以及穩定性不夠的主要因素。因此，如果我們想使構件的加工精度和尺寸達到一定的穩定程度，那么我們就應該解決焊接結構的殘余應力的問題。

1.3 焊接結構的殘余應力對構件變形以及剛度的影響

可想而知，當一個構件的外部壓力與焊接結構的殘余應力進行同時施壓時，那個構件會出現極其影響構件質量的問題，那就是我們常見的構件變形問題。我們知道，當一個構件受到外部壓力時，如果這一外部壓力達到了一定的強度，這個構件就會很難維持其固有的形狀，若再加之焊接結構的殘余應力對構件的施壓，那就極有可能會達到構件的最大屈服程度，從而使得構件發生很大的變形，同時也會使構件的剛度發生極大的變化。這個問題會大大地影響構件的質量。焊接結構的殘余應力對構件變形以及剛度的影響也是影響構件強度的重要因素之一。因此，如果想使構件不易變形的話，我們應該積極地解決焊接結構的殘余應力的問題。

1.4 焊接結構的殘余應力對構件靜力強度的影響

如果沒有一種嚴重集中的焊接結構，焊接結構的殘余應力將不會對構件的靜力強度產生很大的影響，但是如果構件有著一種比較集中的焊接結構，并且構件處于比較脆弱的狀態，那么焊接結構的殘余應力則會對構件的靜力強度產生極大的影響。焊接結構的殘余應力對構件靜力強度的影響也是構件質量的重大影響因素之一。所以，如果我們想保證構件的靜力強度，我們應該積極地解決焊接結構的殘余應力的問題。

1.5 焊接結構的殘余應力對構件開裂的影響

如果構件接觸到了一定量的腐蝕化學藥劑，那么焊接結構的殘余應力再加上腐蝕化學藥劑的作用，構件則會出現開裂的現象，如果加入的腐蝕化學藥劑比較多，那么構件會在比較小的焊接結構的殘余應力作用下短時間內發生開裂。焊接結構的殘余應力對構件開裂的影響極大地影響了構件的后期使用。所以，如果我們想保證構件不發生開裂現象，我們應該積極地解決焊接結構的殘余應力的問題。

2 消除焊接結構的殘余應力的方法

2.1 從設計方面消除焊接結構的殘余應力的方法

第一，我們應該盡量地減少焊縫的數量和尺寸；第二，避免出現焊縫過分的集中或多方向的焊縫相交于一點的情況；第三，我們應該使焊縫盡可能對稱布置，以達到連接過渡盡量平滑的目的，避免截面突變和應力集中現象；第四，在搭接連接中，搭接長度不得小于焊件較小厚度的5倍，并且不應該只采用一條正面角焊縫來傳力；第五，焊縫應布置在焊工便于達到和施焊的位置，并有合適的焊條運轉空間和角度，盡量避免仰焊。

2.2 從工藝方面消除焊接結構的殘余應力的方法

第一，我們應該采用適當的焊接順序和方向，以做好消除焊接結構的殘余應力的基礎工作；第二，我們應當先焊收縮量較大的焊縫，然后再焊收縮量較小的焊縫；第三，我們應該先焊錯開的短焊縫，然后再焊直通的長焊縫，目的是使焊縫有比較大的橫向收縮余地；第四，我們應該先焊使用時受力較大的焊縫，然后再焊受力較次要的焊縫，因為受力較大的焊縫在焊接和冷卻過程中有一定范圍的伸縮余地，可以減小焊接的殘余應力；第五，反變形。也就是在施焊前使構件有一個與焊接殘余變形相反的預變形，以減小最終的總變形；第六，預熱、后熱。也就是施焊前先將構件整體或局部預熱，焊接后保溫一段時間，以減小焊接和冷卻過程中溫度的不均勻程度，從而降低焊接的殘余應力并減少發生裂紋的危險。較厚鋼材或溫度低于0℃的情況焊接時，通常應對焊縫附近局部進行預熱；第七，高溫回火（或稱消除內應力退火）。在施焊后進行高溫回火，也就是加熱到一定的程度，保持一段時間恒溫后緩慢冷卻。對較小焊件可進行整體高溫回火，由于加熱已達鋼材的熱塑性溫度，可消除大部分焊接的殘余應力。對某些較大的焊件有時可對焊縫附近或焊接的殘余應力較大的部位附近進行局部的高溫回火，以減小焊接的殘余應力（降低峰值和改善分布）；第八，用頭部帶小圓弧的小錘輕擊焊縫，使焊縫得到延展，也可以達到降低焊接的殘余應力的目的。

3 結束語

隨著社會經濟的發展，焊接結構的殘余應力所凸顯的問題也越來越多，我們對解決焊接結構的殘余應力問題的要求也越來越高，我們高速發展的科學技術為解決這個棘手的問題提供了良好的條件，也為解決焊接結構的殘余應力問題建立了一個很好的技術基礎，我們不僅可以通過以上所述的傳統方法去解決焊接結構的殘余應力的相關問題，而且也可以通過把高科技和傳統的解決辦法相結合的方式去更好地解決焊接結構的殘余應力的相關問題。筆者相信，通過先進的科學技術，我們會解決好焊接結構的殘余應力的相關問題。

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