焊接应力
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焊接应力范文第1篇
一、焊接残余应力与焊接变形产生的原因
由于焊接温度发生了变化使焊件热胀冷缩，从而焊件之间相互约束，故在焊缝周围就会产生互相阻碍约束的力。焊接残余应力当焊接应力超出弹性极限时，焊接变形不能随应力的消除而消失，就会残留在焊件里。在焊接过程中，当焊条加热融化时会引起焊缝周围局部温度过高，在熔池的高温材料会受热膨胀，在膨胀过程就会产生变形。同时，在冷却过程中，由于周围材料的限制，不能使之前发生变形的那部分材料自由收缩，这在不同程度上又会产生拉伸变形。
二、焊接残余应力的危害
焊接残余应力对构件的承载能力有着极为重要的影响；会使构件容易产生脆性断裂；降低构件的疲劳强度；降低构件的刚度极其稳定性能；并且应力区域存在腐蚀开裂缺陷；也会降低构件的精度和稳定性能。1、对结构刚度的影响。当外部载荷与构件内部残余应力叠加达到屈服极限时，就会使构件产生塑性变形，从而降低承受载荷的有效截面积，构件刚度降低。2、对稳定性的影响。当外部载荷产生应力与结构中的局部载荷叠加后达到屈服点后，就会减小有效截面积，从而降低了受压件的稳定性。3、对静载强度的影响。通常情况下，只要应力集中现象不是很明显，对于塑性材料来说，静载强度不会受残余应力的影响。然而，残余应力过于集中会降低脆性材料的强度。4、对疲劳强度的影响。残余应力对构件的疲劳强度也存在一定的影响，如果应力集中的的地方存在残余应力，就会是疲劳强度降低。5、对构件制造精度和尺寸保证性能的影响。假如构件残余应力，当加工制造时，会打破原来的应力平衡，应力平衡被破坏，会一定程度上造成零部件轻微变形，将会影响加工精度。
三、降低焊接应力的措施
3.1设计措施
1、设计构件时尽量减少焊缝的尺寸与数量，这样可以减少变形量，同时降低焊接应力。2、使焊缝分散布置，避免集中，防止盈利叠加现象。3、对设计结构进行合理优化。
3.2工艺措施
1、采用较小的焊接线能量。降低受热塑性变形的能力。2、合理安排装配焊接顺序。合理的焊接顺序，可以使焊缝自由收缩，从而达到降低焊接应力的目的。3、层间进行锤击。利用小锤轻敲焊缝及其周围区域，这样能使金属晶粒之间的应力得到释放，从而减小焊接应力。4、焊接高强钢时，选择塑形较好的焊条。焊缝的金属填充物具有良好的塑性变形，可降低焊接应力。5、采用热处理方法。将构件的温度升高至某一数值，内应力可以部分得到释放，残余应力也会有所降低。6、预热拉伸（机械拉伸或加热拉伸）补偿焊缝收缩。采用预热或机械拉伸的方式处理阻止焊缝区域进行收缩的部位，使之与焊接区域同时膨胀或收缩，就可以减小焊接应力。7、采用整体预热。把零部件分散预热会造成预热不均匀现象，构件整体上存在温差，温差越大，残余应力越大。8、利用振动法来消除焊接残余应力。当构件承受变载荷达到一定数值时，经过反复震动后，构件中的残余应力也会有所降低，即利用震动方法可以消除部分残余应力。对于大型焊件，一般采用振动器来消除焊接残余应力。振动法的优越性在于设备简单，时间比较短，成本比较低，不像高温加热一样会使构件得到氧化，这种方法在实际生产中得到广泛的应用。
四、、焊接变形的危害与预防措施
4.1焊接变形的危害
降低装配质量；影响外观质量；降低承载力；增加矫正工序；提高制造成本。
4.2优化焊接结构设计
1、合理设计焊缝位置，尽量分散设计，并关于构件截面的中性轴对称。2、优化焊缝尺寸及其形状。尽量采用短焊缝，避免过长焊缝。3、尽量减少焊缝的长度及其数量。
4.3采取合理的装配工艺
1、预留收缩余量法：为了防止焊件焊后发生尺寸收缩，可以事先将收缩的尺寸预留出来，并通过估算，经验，实测三者结合的方式计算预留量。2、反变形法：所谓的反变形法就是在焊接装配前，先将焊件向焊接相反的方向进行变形。采用这种方法只要预计准确，控制得当，会收到良好的效果。3、刚性固定法：刚性固定法在焊接过程中应用比较广泛，适用于较小的焊件，其中在预防角变形和波浪变形过程中应用广泛。并且这种方法在大型储罐底焊接时应用较多，常在焊缝俩侧加型钢。4、合理分配装配顺序：对于大型构件可以通过划分多个区域的方式进行焊接，然后再拼焊成一个整体。采用这种方式的好处在于小构件可以自由收缩，不至于引起整体的结构变形。例如，可以采用先焊短焊缝后焊长焊缝的形式进行焊接。
焊接应力范文第2篇
关键词：现场组焊；压力容器；焊接应力；方法
中图分类号： TH49 文献标识码： A
一、压力容器焊接应力原理
在生产压力容器时，制造过程最为关键的工序可以说就是现场组对、焊接和热处理环节，压力容器焊接就是对于不均匀容器局部进行加热的过程，而此过程会带来金属材料内的不均匀收缩或者膨胀，由此就可能会带来3 种附加内应力，即焊接接头由于受热和冷却的快慢不同而产生的热应力，金相组织变化产生的组织应力和由于压力容器本身的约束而产生的约束应力，这些内应力的峰值大小和分布状态极其复杂。在压力容器焊接后，结构的焊缝区也往往会产生残余应力，残余应力是由于焊接过程中不均匀的加热场造成容器的内应力达到材料金属的屈服极限，以致于局部区域产生了塑性变形，当温度又回到最初的均匀状态后，内应力仍然存在于容器结构中造成的。残余应力的水平和分布更是相当的复杂，只有掌握了压力容器焊接应力的产生原理，才能够迅速有效地制定出减少或消除焊接应力的对策，使压力容器在生产制造时能够按质完成。
二、应力带来的危害
因为压力容器在容量、型号以及参数等方面都有着较大的不确定性，这也就让焊接结构尺寸、焊接工艺、施焊程序等有复杂变化，由此也就造成了焊接应力分布和峰值直接对应力腐蚀开裂或者压力容器疲劳破坏等产生不良影响。由于焊接，会产生复杂的应力变形，它的危害主要体现在：由于焊接时的温度变化范围大，从焊缝的中心到边缘温度会急剧下降，导致温度变化的梯度特别大；焊接加热会产生很高的温度，高温会导致材料金属的力学性能和热物理性能下降；由于焊接的温度变化极大，局部温度超过相变温度会引发局部相变。如果焊接技术应用不当，这些潜在的危害就会促使应力产生并增大，应力过大会迫使压力容器产生裂痕，会造成受压部件的成形尺寸较差，极大地影响了焊接结构的性能，产生了严重的破坏效果。
三、现场降低合金钢压力容器焊接应力方法
1、设计策略
在进行压力容器的焊接时，必然会出现应力问题，而这必然存在，但是，我们可以使用一些有效地设计来降低焊接应力。对于这些设计而言，主要方法有：保证结构性能的前提下，尽可能的缩短焊缝的数量、长度和截面尺寸，同时焊缝不能过于密集，又要避免交叉；焊接时尽可能地降低接头刚度，选择刚性较小的接头形式；还可以采用反变形法，用翻边连接的方式替代插入管连接的方式，但尽量将平板少量翻边。
2、组对工艺减少焊接应力
现场分片到货的压力容器由于现场组装环境简单，又没有校正设备，组装质量的好坏对焊接应力也会产生影响，主要采取以下措施降低焊接应力：
设备组对时，采用工卡具调整组对间隙和错边量，不得进行强力组装。
开口接管不得与筒体环焊缝、纵焊缝和封头上的拼接焊缝相碰，且相邻焊缝边缘距离不小于100mm。
在焊接接头环向形成的棱角,用弦长等于1/6内径，且不小于300mm的内样板或外样板检查，其值不得大于（δ/10+2）mm，且不大于5mm。
检查合格后，不应立即施焊，应对其采取防变形措施，即支撑圈，其应在离顶部、底部各200mm处各设置1个、中部设置1个。具体措施见下图：
3、工艺方法
在对于重要的合金结构钢如SA-387Gr11CL1等强度较高的合金钢钢进行焊接时，我们可以采取对容器焊道进行焊前预热的方式，把容器焊道加热到一个特定的温度160～250℃之后再进行焊接。预热能够有效地降低焊缝区金属和周围金属之间存在的温差，焊后进行250～350℃之间的后热处理，又可以相对均匀地同时冷却，进而实现了降低焊接内应力的作用。焊接塑性较好的钢材时，可以使用手锤锤击焊缝，锤击要在焊后热态情况下按一定方向进行，以延展焊缝材料金属的塑性，降低内应力。还可以加热适当部位，靠加热区金属的伸长带动焊接部位产生一个与焊接方向相反的变形，使被加热部位的冷却收缩与焊接收缩方向相一致，减少焊接应力。
4、液压超压消应力
此方法又被称之为机械拉伸法或者是超载法。只要条件可控，我们可以对于压力容器施加一次或多次相较之于一般工作状态下稍大外载荷，从而让外载荷所带来的应力与压力容器焊接应力彼此之间进行叠加，其本质是借助液体压力产生拉应力进而释放或消除焊接应力，由不稳定状态进入稳定状态。若叠加后的合成应力低于材料屈服极限时，呈现弹性状态，应力与应变变成直线关系；若叠加后的合成应力达到材料屈服极限，局部区域便产生塑性变形，伴随外加应力值的递增，合成应力达到屈服极限的范围变大，产生塑性变形的范围也相应变大，但是应力值没有增加，然后开始卸除外载荷，屈服变形和弹性变形的区域同时以弹性状态恢复，这样便部分消除了压力容器内部的焊接残余应力，其实被消除的焊接残余应力等于外载荷的应力值。这种液压超压法收到了良好的效果，方法便捷，效果显著，经济适用，同时进行了质量检验和应力消除，因为水压试验是压力容器生产制造的必经工序，所以能收到一举两得的效果。
5、整体焊后热处理
此方法分炉外和炉内两种方法。如果条件允许，将压力容器整个放到加热炉加热，一般炉内法降低焊接应力效果明显，加热和保温均匀，温度场易控制，所降低压力能通过调节温度高低和保温时间长短控制。但是，大多数的压力容器结构较大，整体无法进入到加热炉中，此时可对其作整体炉外焊后热处理，此方法大都要在容器外部覆盖一层特殊的保温层，而在容器内部可以采用内燃法，即在容器内部喷射燃料燃烧加热，或者采用电热法进行内部热处理，这种方法要在容器内部合理安置加热片，还能够使用热电偶测温和控温仪控温，这种方法适用于内部结构简单的压力容器。这种方法设备投资少，灵活性大，但实际操作起来会比较麻烦，总体来说，仍不失为一种不错的方法。其他类似的方法还有热风法，即把高温热风用鼓风机吹进容器内部，热风流动会循环加热容器，从而降低其焊接应力。
6、局部焊后热处理
此方法并非简单作局部烘烤，而是对焊缝整体作处理，主要有远红外线辐射加热法和电阻丝加热法。远红外线加热器形式多样，可是片式、绳式、履带式等，其节电效果好，结构简单，环境适应强。电阻丝加热是把电阻丝以一定的形状缠绕在要处理的焊缝上进行加热，可容器内外同时加热，也可用隔温片在容器内部构成一个密闭空间，自成一个加热炉。
结论
任何一种降低压力容器焊接应力均利弊都有，所以，处理焊接应力要根据实际，寻找最佳结合点，更好的让压力容器既安全可靠又经济适用。
参考文献：
焊接应力范文第3篇
关键词：压力管道焊接；焊缝无损检验；应用
中图分类号：P755.1 文献标识码：A
引言
压力管道指最高工作压力大于或等于0.1MPa的气体、液化气体、蒸汽介质或可燃、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道，管道焊接的质量控制对保证压力管道工程的安装质量起着至关重要的作用。
1. 压力管道焊接方法和工艺
1.1采用氩弧焊打底，电弧焊填缝和盖面
氩弧焊，可以获得良好的焊接接头，返修率低，较易于保证工程质量，目前已普遍用于质量要求较高的碳素钢管道及碳素钢与合金钢异接的根部焊道、不锈钢管道等焊接。手工电弧焊，可在室内或野外高空进行平、横、立、仰全位置焊接，是压力管道焊接中的主要焊接方法。
1.2焊接工艺
1.2.1打底：选用氩弧焊打底，由下往上施焊，整个底层焊缝必须均匀焊透。氩弧打底前必须保证氩气的纯净。不纯净的氩气在焊接时容易产生气孔等缺陷，影响焊接质量。氩弧焊时施工时，应将作业处用围板等遮拦，以防刮风影响焊缝质量。焊缝焊条接头位置用角磨机打磨，露出金属光泽方可施焊。并应及时进行打底焊缝的检查和次层焊缝的焊接，以防产生裂纹。
1.2.2中层施焊：氩弧焊打底完成后，清除熔渣，飞溅物，并进行外观检查（有条件时可以用无损检测），发现隐患必须返修，焊缝与母材交接处必须清理干净。焊缝接头应与底层焊缝接头错开不小于10mm，该层选用焊条直径为Φ3.2（焊条材料和直径根据管材的材质和规格来确定）焊缝层数选用底、中、面共三层。中层焊缝厚度应为焊条直径的0.8～1.2倍。严禁在焊缝的焊接层表面引弧。该层焊接完毕，将熔渣、飞溅物清除后进行检查，发现隐患必须返修。
1.2.3盖面：该层选用焊条直径为Φ3.2。焊条起弧、收弧位置必须与中层焊缝接头错开，严禁在中层焊缝表面引弧，该盖面层焊缝应表面完整，与管道过渡圆滑，焊缝表面不得出现裂纹、气孔、夹渣、熔合性飞溅等。外观质量应符合规范要求，焊接完毕，清理熔渣后，并加以保护，以免在保温、防腐前出现锈蚀。
1.2.4焊接过程中，应对每个焊缝的材质，管道规格，焊接过程中的电压、电流、时间，焊工编号及姓名，外界温度，焊前预热及焊后热处理进行详细记录，形成焊接记录，由焊工签字。对焊缝进行编号，在每道焊缝处都加盖焊工钢印号，以便后期检查
1.2.5压力管道焊接完毕后，对所有焊缝进行外观检查，检查完毕后按比例进行无损检测，无损检测包括焊缝表面无损检测和焊缝内部无损检测。当抽样检测时，应对每一位焊工都进行抽查。
2. 压力管道的无损检测
2.1压力管道焊缝外观检测
在进行压力管道的无损检测前，应该检测焊缝外观是否检查应符合要求。压力管道的焊缝外观与焊接接头的表面质量要求一般有以下几点：压力管道焊接外观的应该成型良好，焊缝的宽度应该每边盖过坡口边缘大约2mm最好。角焊缝的焊脚高度也要符合设计规定，其外形应该平缓过渡。
2.2焊压力管道焊接接头表面检测
(1)焊接接头不允许有气孔、裂纹、夹渣、未熔合、飞溅等质量问题的存在。
(2)焊接施工设计温度低于-29度的管道以及不锈钢压力管道的焊缝表面不能有咬边的现象。并且其他材料的压力管道的焊缝咬边深度应该小于0.5mm，连续咬边的长度应该小于100mm,并且焊缝两侧的咬边总应小于该焊缝全长的10%。
(3)压力管道的焊接接头的错边应该小于壁厚的10%，并且不应大于2mm。
2.3表面无损检测
压力管道的表面无损检测方法的使用原则：
(1)对铁磁性材料压力钢管，应该选用磁粉检测方法;
(2)对非铁磁性材料压力钢管，应该选用渗透检测方法。
对有一些延迟裂纹倾向的压力管道的焊接接头，进行表面无损检验时，必须在焊接冷却一定时间后才能进行;特别是对于有再热裂纹倾向的压力管道的焊接接头，对其表面进行无损检验时，必须在焊后以及热处理后各进行一次检测。压力管道的表面无损检测的进行必须按照规定要求进行，对于压力管道的无损检测的部位一般有以下几个重要部分：
(1)压力管道的材料外表面质量检验;
(2)重要对接焊缝表面质量检测;
(3)重要角焊缝表面质量检测;
(4)重要承插焊与跨接式三通支管的焊接接头表面质量检测;
(5)管道弯制后表面质量检测;
(6)设计温度低于零下29摄氏度的非奥氏体不锈钢管道坡口的质量检测;
(7)双面焊件规定要求的焊缝清根后质量检测;
(8)采用氧乙炔火焰切割压力管道，并且有淬硬倾向的合金管道上的焊接卡具时，要对修磨部位进行质量检测。
3. 压力管道焊接技术缺陷及措施
3.1焊接缺陷原因分析
压力管道缺陷的形成原因是非常复杂的，主要来自以下几个方面:一是由于组装和对接不当带来的错边和角变形；二是由于焊接工艺不严格而导致夹渣、气孔、未焊透等缺陷；三是焊接残余应力与压力管道腐蚀介质共同作用产生的表面裂纹和应力腐蚀裂纹。下面以焊接缺陷中有代表性的几种缺陷为例进行缺陷原因分析。
(1)未焊透。不足的电流强度，太快的运条速度；管道组对时，有太厚的坡口钝边或太小的间隙；焊条的角度不正确或者电弧偏吹；焊件散热过快从而导致焊融金属急速冷却。
(2)气孔。气孔的形成是由于熔化金属的冷却过快，使气体尚未来得及从焊缝中逸出而产生的。1）过大的风速、较低的温度，或者因焊工的操作技术不精，焊条运动速度过快，使焊肉过薄，冷却过快，气体来不及从焊缝中逸出；2)电弧过短而阻碍了气体的外逸:3)焊条受潮；4)焊条化学成分不合理，或所含的合金使铁水发勃，阻碍了气体逸出。
(3)裂纹。焊接材料的化学成分搭配不合理，促使产生裂纹；对可淬性高的钢而言，如采取未进行预热等不当的焊接措施:当点焊处尺寸比较小时，受外力或焊接应力作用将会破裂；尖角类的缺陷，如针状气孔、咬边、未焊透等，多是由于检查疏忽而未及时修复，加上应力的作用而发展成裂纹。
3.2影响压力管道焊接措施
3.2.1设备管理
焊接设备的性能好坏是影响压力管道焊接质量的一大主要因素，其选用主要坚持以下原则:(1)其性能指标要满足工件的焊接技术性能要求；(2)选用获得CCC认证的焊接设备，并尽量选择信誉好的厂家设备；(3)结合效率、价格、维护保养成本等方面进行考虑；(4)尽可能选用综合性能指标高的专用设备，以降低焊工的劳动强度，提高生产效率。
要经常对设备进行维护和保养，以提高设备的运转率且保证焊接质量，同时为操作人员提供安全的作业环境。当设备出现问题时，要及时处理，不留安全隐患。
3.2.2材料管理
焊接材料的性能对压力管道的焊接质量具有巨大的的影响，特别填充入焊缝的焊条和焊丝，将直接影响焊缝的合金成分和机械性能必须进行严格管理。选用焊接材料时，要遵循下列原则:(1)焊条或焊丝力学性能和化学成分要与母材类似；(2)要结合焊件的复杂程度、焊接坡口、刚性、焊件的工作状况等因素进行考虑；(3)根据焊接工人的技术能力及设备能力选择最合适的；(4)焊接材料应设焊材一级库和二级库，以方便管理。
3.2.3管道焊接操作过程控制
坡口加工的控制:要对坡口的形式、坡口的角度及细部尺寸等进行控制。 管道组对控制:依照焊接工艺卡的要求，对管口组对的间隙、平直度、错边量等参数进行控制，避免未焊透、焊缝宽度不合格等缺陷的出现。
隋性气体保护措施检查:惰性气体保护焊主要检查焊缝是否按焊接工艺要求采取了充气保护措施，并检查惰性气体的纯度是否满足焊接工艺的要求。
焊前预热及焊后热处理的控制:这项工作需要制定热处理技术措施，具体应根据钢材的化学成分、厚度、焊接形式、焊接方法、焊接材料及环境温度等因素来确定加热的方式、温度、范围、速度、焊后保持恒温的时间及冷却降温的速度。
4.结语
压力管道在城市基础建设、工农业及军事等多个领域有着广泛的应用，压力管道的安全不仅关系着财产经济的安全，而且关系到人民的生命安全，关系到社会的和谐健康发展。作为压力管道建设中具有重要地位的焊接技术，对压力管道的安全自然举足轻重。
参考文献：
[1]王自明,《无损检测综合知识》机械工业出版社2005.
焊接应力范文第4篇
关键词：焊接变形；焊接应力；热过程；焊接工艺
在焊接技术发展如火如荼的今天，形式各异的焊接机械、焊接方法日新月异，焊接技术成了一个关键的课题。但在作业过程中，由于焊接产生的焊接残余应力和残余变形，严重影响着焊接的质量，因而，急需采用合理的方法予以控制。
焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的热过程，但由于不均匀温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。常见的焊接应力有：1）纵向应力；2）横向应力；3）厚度方向应力。常见的焊接变形有：1）纵向收缩变形；2）横向收缩变形；3）角变形；4）弯曲变形；5）扭曲变形；6）波浪变形。针对这些不同种类的焊接变形和应力分布，追溯根源，具体进行研究控制。
1 焊接变形的控制措施
全面分析各因素对焊接变形的影响，掌握其影响规律，即可采取合理的控制措施。
1.1 焊缝截面积的影响
焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且是起主要的影响，因此，在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。
1.2 焊接热输入的影响
一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。
1.3 焊接方法的影响
多种焊接方法的热输入差别较大，在焊接常用的几种焊接方法中，除电渣以外，埋弧焊热输入最大，在其他条件如焊缝断面积等相同情况下，收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。
1.4 接头形式的影响
在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方面等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。
1）表面堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束，而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束，因此，变形相对较小。2）T形角接接头和搭接接头时，其焊缝横向收缩情况与堆焊相似，其横向收缩值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。3）对接接头在单道（层）焊的情况下，其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大，在单面焊时坡口角度大，板厚上、下收缩量差别大，因而角变形较大。
双面焊时情况有所不同，随着坡口角度和间隙的减小，横向收缩减小，同时角变形也减小。
1.5 焊接层数的影响
1）横向收缩：在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似，因此，收缩变形相对较小。2）纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，因此，多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。
2 焊接变形的措施
在焊接工作实践中，由于各种条件因素的综合作用，焊接残余变形的规律比较复杂，了解各因素单独作用的影响便于对工程具体情况做具体的综合分析。所以，了解焊接变形产生的原因和影响因素，则可以采取以下控制变形的措施：
1）减小焊缝截面积，在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下，尽可能采用较小的坡口尺寸（角度和间隙）。2）对屈服强度345MPA以下，淬硬性不强的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或适当降低预热、层间温度；优先采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。3）厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。4）对于较长的焊缝可采用间断焊接法。5）双面均可焊接操作时，要采用双面对称坡口，并在多层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。6）T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。7）采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。8）采用刚性夹具固定法控制焊后变形。9）采用焊件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形，如H形纵向焊缝每米长可预留0.5mm～0.7mm。10）对于长焊件的扭曲，主要靠提高板材平整度和构件组装精度，使坡口角度和间隙准确，电弧的指向或对中准确，以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。11）在焊缝众多的焊件组焊时或结构安装时，要采取合理的焊接顺序。12）设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理布Z焊缝，除了要避免焊缝密集以外，还应使焊缝位Z尽可能靠近构件的中和轴，并使焊缝的布Z与构件中和轴相对称。
3 焊接应力的控制措施
1.焊件焊接时产生瞬时内应力，焊接后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是不可避免的现象。
2.焊接变形的矫正费时费工，在进行焊接前首先考虑的是控制变形，往往对控制残余应力较为忽视，常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制变形，与此同时实际上增大了焊后的残余应力。
3.对于一些本身刚性较大的构件，如板厚较大，截面本身的惯性矩较大时，虽然变形会较小，但却同时产生较大的内应力，甚至产生裂纹。
因此，对于一些截面厚大，焊接节点复杂，拘束度大，钢材强度级别高，使用条件恶劣的重要结构要注意焊接应力的控制。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布，其控制措施有以下几种：
1）减小焊缝尺寸：焊接内应力由局部加热循环而引起，为此，在满足设计要求的条件下，不应加大焊缝尺寸和层高，要转变焊缝越大越安全的观念。2）减小焊接拘束度：拘束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接，尽可能不用刚性固定的方法控制变形，以免增大焊接拘束度。3）采取合理的焊接顺序：在焊缝较多的组装条件下，应根据构件形状和焊缝的布Z，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。
4）降低焊件刚度，创造自由收缩的条件。5）锤击法减小焊接残余应力：在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。但根部焊道、坡口内及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜锤击，以免出现熔合线和近缝区的硬化或裂纹。高强度低合金钢，如屈服强度级别大于345MPa时，也不宜用锤击法消除焊接残余应力。
综上所述，在焊接过程中，焊接应力和焊接变形的产生是不可避免的，所以需要操作者根据焊接综合考虑，如何把焊接变形和焊接应力减小的最低是关键，由于时间比较仓促，水平有限，文中难免有不当之处，敬请领导批评指正。
参考文献
[1] 张士相、王承福、闫玉芹，本文《焊工》中国劳动社会保障出版社出版时间2002年9月.
[2] 焊接手册二材料的焊接[M ]. 北京：机械工业出版社， 2003.
焊接应力范文第5篇
关键词：焊接；残余应力；危害影响；预防措施；消除方法
焊接已成为复杂结构制造过程中的一种加工方法。焊接结构与其它加工方法相比可节省金属材料，具有很好的密封性，工序简单，生产周期短，而且可以生产一些别的工艺方法难以完成的结构。但是，由于焊接过程中产生了极不均匀温度场（包括加热和冷却时的温度梯度）导致受约束的热应变和塑性应变，从而引起了残余应力。因此，对焊接残余应力的产生机理进行分析，并制定相应的预防和处理方法，将对焊接质量提供强有力的措施保障，更好保障我国承压特种设备的运行安全。
1.焊接残余应力的产生机理
残余应力是在无外力作用时，以平衡状态存在于物体内部的应力。焊接构件由焊接而产生的内应力成为焊接应力。按作用时间可分为瞬时应力和焊接残余应力。在某一瞬时的焊接应力称为焊接瞬时应力，它随时问变化而变化，焊后残留在焊件内的焊接应力成为焊接残余应力。焊接残余应力是由于焊接加热产生不均匀温度引起的。焊接时的温度变化大，在焊缝区最高温度可达到材料的沸腾点，而离开热源急剧下降直至室温，所以焊件中都是有焊接残余应力存在的。
在焊接过程中，焊接区以远远高于周围区域的温度被急剧加热，并被局部熔化，在加热过程中，焊接区受热膨胀，并受到周围较冷区域的约束，使焊接区形成了塑性的拉压缩；冷却过程中焊接区的冷却收缩受到周围区域的约束，最终，焊接区域呈现拉伸残余应力，相邻区域则呈现压缩残余应力。
2.焊接残余应力的危害[1]
2.1对构件变形的影响
残余应力对构件变形的危害主要表现两方面：一是影响构件抵抗静、动载荷的变形能力，另外就是影响载荷卸除后变形的恢复能力。残余应力在这两方面的危害相当大。残余应力是一个不稳定的应力状态。构件受外力时，与残余应力相互作用，使构件某些局部呈塑性变形，截而内应力重新分布；当外力去除时，整个构件发生变形。所以，残余应力明显地影响构件加工后的精度。
2.2对构件刚度的影响
焊接残余应力会与外在产生的内应力进行叠加，当二者叠加的和与构件材料的屈服点相等时，会造成构件的局部变形，会使相关部位的刚度降低。
2.3对构件疲劳强度的影响
通过一定的试验分析发现，如果构件中存在焊接残余应力的作用，对构件进行载荷试验，构件会很容易达到相关的疲劳极限，这说明焊接残余应力的存在会对构件的疲劳强度产生一定的影响。
2.4对构件稳定性的影响
外荷载与焊接残余应力在焊接过程的叠加效应往往会重新分布残余应力，且产生二次变形，尤其是再加上介质温度，那么会严重影响到焊接结构的稳定性能和承载能力。
2.5对构件静载强度的影响
没有严重应力集中的焊接结构，只要材料具有一定的塑形变形能力，残余应力不影响构件的静载强度。反之，如材料处于脆性状态，则拉伸内应力与外载应力叠加有可能使局部区域的应力首先达到断裂强度，导致结构早期破坏。
2.6对应力腐蚀开裂的影响
腐蚀介质和拉应力的双重作用下会使得一些介质材料表面出现裂缝，产生应力腐蚀开裂。而焊接残余应力的存在会使得腐蚀断裂加速，拉应力加大。
3.降低焊接残余应力的预防措施
3.1焊接结构设计措施
（1）在保证结构有足够的强度时，尽量减少焊缝的数量和尺寸；
（2）避免焊缝过于集中，焊缝间应保持足够的距离；
（3）在残余应力为拉力的区域内，应该避免几何不连续性，以免内应力在该处进一步提高；
（4）采用钢性较小的接头形式。
3.2焊接工艺措施
（1）采用较小的焊接线能量。较小的焊接线能量的输入能有效减小焊接热塑变形的范围和温度梯度的幅度，从而降低焊接应力。
（2）合理的安排焊接顺序。在焊接过程中尽量使所焊焊缝能自由收缩。先焊收缩量较大的焊缝，使其能在结构整体刚性较小的情况下自由收缩；先焊错开的短焊缝，后焊直通长焊缝；当结构上的多余焊缝受力不均时，应先焊在工作时受力较大的焊缝，使焊接应力能合理地分布；焊接带有交叉焊缝的接头，焊接时必须采用保证交叉点部位不易产生缺陷的焊接顺序。
（3）锤击处理法。锤击处理法是指用锤击轻击焊缝及周围区域，用高速粒子直接冲击工作表面的工艺，也称喷丸。锤击可以降低拉伸残余应力，也可以在锤击表面诱导出残余压应力，这是该处理方法主要有益的特点。
（4）采用正确的焊接接头形式。在焊接的过程中，如果焊接街头的刚性较大，就会在焊接之后产生较大的焊接残余应力，因此，在焊接过程中，在满足相关的设计要求的前提下，尽量选用刚性较小的接头，在实际的焊接应用中，采用法兰翻边式焊接代替插人式焊接、应用空心管材取代实心的焊接材料都是有效的减少焊接残余应力的措施。
（5）预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）。对于那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，采用预热或机械方式，使之与焊接区同时拉伸（膨胀）和同时压缩（收缩），就能减小焊接应力，这种方法称为预热拉伸补偿法[2]。
（6）整体预热。焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。
（7）消氢处理。采用低氢焊条以降低焊缝中的含氢量，憨厚及时进行消氢处理，都能减小焊缝中的氢含量，减小氢致集中应力。
4.消除焊接残余应力的方法
4.1热处理法
热处理就是将焊接构件整体或局部以一定加热速度加热到A1相变点以下的适当温度数小时或数日的长时间保温，然后再进行缓冷的过程。这种方法不仅能消除焊接残余应力，而且还能使焊接区材质得到改善。回火处理是通过加热调整组织，使内应力得到松弛或调整的方法，退火是通过加热促使金属在内应力的驱使下蠕变，使残余应力同时消除或是调整的方法。
4.2加载法[3]
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，达到松驰应力的目的。
（1）机械拉伸法。即对焊件施加载荷，使焊缝区产生塑性拉伸，以减少其原有的压缩塑变，从而降低或消除应力，如：压力容器的水压试验。
（2）温差拉伸法。利用温差使焊缝两侧金属受热膨胀以对焊缝区进行拉伸，使其产生拉伸塑变以抵消原有的压缩塑变，从而减少或消除应力。
（3）爆炸法。爆炸消除应力方法是以炸药为介质，利用贴在焊缝及其附近的炸药的爆炸，所产生的冲击波造成的塑性变形来消除金属材料构件的焊接残余应力。据报道消除厚度可达70mm，效果可达60%，瞬间完成，适合大型和特大型结构。
4.3振动法
构件承受变载荷应力达到一定值后，经多次振动，其结构中的残余应力并逐渐降低，即振动法消除焊接残余应力。一般大型焊件使用振动器消除应力。该方法的优点是设备简单、成本低，时间较短，没有高温回火时的氧化问题，已在生产上得到一定应用。例如，大推力火箭的焊接组件，就是采用振动平台消除内应力。
4.结束语
总之，焊接残余应力是焊接结构发生脆断的重要原因，焊接部位材料的有效比例极限会随着焊接残余应力的增大而大幅度降低，受压构件的刚度、焊接结构的耐腐蚀能力、抗疲劳能力都会随之而降低，值得进步重点关注和研究。
参考文献：
[1] 李国华. 浅析焊接残余应力的控制与消除[J].大众科技，2011，12：101-102.
