焊接應(yīng)力形成的原因應(yīng)力消除振動(dòng)時(shí)效處理方法

焊件在焊接過(guò)程中，熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、加工應(yīng)力等超過(guò)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(guò)程的不均勻溫度場(chǎng)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(diǎn)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(duì)于鋼結(jié)構(gòu)焊接連接，殘余應(yīng)力對(duì)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(shí)應(yīng)力與殘余應(yīng)力之分。暫時(shí)應(yīng)力只在焊接過(guò)程中一定的溫度條件
下存在，當(dāng)焊件冷卻至常溫時(shí)，暫時(shí)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(lái)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(guò)程一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過(guò)程。在施焊時(shí)，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，
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(chǎng)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(shí)，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮得比原始長(zhǎng)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(shí)的內(nèi)應(yīng)力，因此會(huì)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(shì)，但在實(shí)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(guò)程中，先后冷卻的時(shí)間不同，先焊的焊縫已經(jīng)凝固，且具有一定的強(qiáng)度，會(huì)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(shí)，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(shí)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(hào)三軸應(yīng)力；會(huì)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(wú)外加約束情況下的焊接殘余應(yīng)力。若焊件施焊時(shí)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(dòng)時(shí)效處理方法