【摘要】
焊接残余应力在构件焊接的过程中普遍存在，是构件产生变形和开裂的主要原因。本文主要介绍了焊接残余应力对构件的影响危害，分析讨论其具体的解决措施。
【关键词】焊接残余应力；强度；危害
在没有外力作用的情况下，平衡于物体内部的应力称为内应力，引起内应力的原因有很多，其中由焊接加工产生的内应力称为焊接应力。焊接应力根据其存在的时间不同可以分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。简单来说，焊接残余应力就是构件焊接及冷却后残留在焊件内部的应力，它是影响焊接构件疲劳强度、弯曲强度、抗腐蚀性和脆性断裂等性能的重要因素。
一、焊接残余应力对构件的影响和危害
焊接残余应力对构件的影响并不都是有害的，应根据材料的不同、结构的不同、承载条件的不同、运行环境的不同进行具体分析。对于一些本身刚性较大的构件，如板厚较大时，焊接变形会较小，但同时内应力较大，容易产生裂纹。在世界焊接史上有许多因焊接应力引起的大型构件断裂事故。在1938年到1940年间，比利时Albert运河上先后有十多座威廉德式桥梁在载荷不大的情况下突然发生脆断事故，造成了重大的经济损失，最后经专家调查分析确认，这些事故均是由于应力严重集中、残余应力高加上气温骤冷引起的焊接裂纹扩散而导致的构件脆断。焊接残余应力对构件的主要危害有以下几个方面：
（一）对构件刚度的危害
相关研究表明，当外部载荷产生的应力与结构内部某区域的内应力叠加之和达到屈服点时，这一区域的材料就会产生局部塑性变形，丧失进一步承受外载的能力，造成结构的有效面积减少，构件刚度也相应降低。
（二）对焊件加工精度和尺寸稳定性的危害
在焊件的机械加工过程中，有时需要从焊件上切除掉部分金属材料，如果该焊件原本存在焊件残余应力，那么在切削时其内部应力会释放出来，原来的内应力平衡状态就被破坏了，内应力重新分布。其结果必然会使焊件加工时产生变形，加工精度和尺寸的稳定性受到影响。
（三）对结构强度的危害
如果材料本身具有足够的塑性，那么焊接残余应力的存在并不影响结构的静载强度。但是在实际焊接过程中，有许多脆性材料需要进行焊接加工。由于其材料本身不具备较强的塑性，随着外力的增加，构件不能将应力均匀化，局部逐渐被破坏，最后导致整个构件被破坏。因此，焊接残余应力对脆性材料的静载强度影响较大。
（四）对疲劳强度的危害
焊件在循环应力的反复作用下裂缝生成、扩散以致断裂破坏的现象称为焊件的疲劳。焊接残余应力的存在使得其与动荷载产生的应力叠加，应力幅值发生变化，对焊件抗疲劳强度产生影响。因此，如果应力集中处存在的残余应力较大，其抗疲劳程度就会明显降低，而且应力集中系数越高，焊件残余应力的影响就越显著。
二、焊接残余应力危害的具体解决措施
大量的理论和实践都表明，焊接本身的特性、焊接构件的接头形式及焊接工艺措施设计不合理是产生焊接残余应力的主要原因。那么如何减弱甚至消除焊接残余应力的影响危害呢？笔者通过多年焊接教学和实践经验，总结出了以下一些建议。
（一）焊缝设计和焊接工艺要更加合理
对于焊缝的设计，应在保障焊件强度的前提下，尽量减少焊缝的数量和尺寸。避免焊缝过于集中，焊缝间应保持足够的间距，不可焊缝交叉，以免出现三向复杂应力。焊接管孔应尽量避免开在焊缝上，而且不要将管孔焊缝与相邻焊缝的热影响区重合。焊缝在设计时不要布置在高应力区及断面突变的地方，以免造成应力过于集中。在焊缝焊接时采用刚性较小的接头形式对管接头，这样可以降低焊缝的约束度，减小焊接应力。
在焊接的工艺上采用合理的焊接顺序，在焊接位置和焊接顺序的安排上，应先焊收缩量较大的焊缝。对大多数焊件来说，横向焊缝的条数较多且收缩量大，所以一般要先焊横向焊缝。在进行钢板拼接时，应先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。为提高焊接接头强度，可先焊在工作时受力较大的焊缝，使内应力的分布更加合理。在焊接平面交叉焊缝（丁字交叉或者十字交叉）时，应特别注意交叉处的焊缝质量。在对焊缝进行焊接封闭时，应注意降低接头局部的拘束度，以免在局部区域产生高应力区导致裂纹。
（二）预热和局部加热
在焊前对焊件的全部或者局部进行预热可以减小焊接区的结构整体温差，从而减小内应力，常用于易裂材料的焊接。在焊接构件时可以对适当部分进行加热，使之伸长。加热区的伸长带动焊接部位产生一个与焊缝收缩方向的变形，焊缝可以比较自由的收缩，从而降低内应力。
（三）锤击焊缝
焊缝区金属在冷却收缩受阻时，用工具进行均匀、适度锤击，可以使焊缝产生塑性变形，以抵消焊缝的部分收缩量，起到减小焊接残余应力的效果。
（四）对焊件进行机械拉伸
在焊接构件上施加一定的拉伸应力，使其与焊缝区的拉伸残余应力相叠加，达到消除残余应力的目的。焊件在有外力作用时，材料会发生拉伸塑性变形，正好与焊接时产生的压缩变形相反，消除或部分消除了产生焊接残余应力的塑性变形。在拉伸时，因为焊接时发生的压缩塑性变形被抵消得越多，拉伸产生的塑性变形消除的残余应力就越多。
三、结束语
在对构件进行焊接加工时，构件内部不可避免的会产生不同程度的焊接残余应力，致使构件的使用寿命受到很大影响。现实生活中，由于构件过早地失效造成的人员生命财产损失情况时有发生。因此，采取恰当的措施来消除或减弱焊接残余应力的影响是十分必要和迫切的。总的来说，在设计上，应尽量减少焊缝的数量和尺寸，避免焊缝过于集中；在工艺上，焊接人员应采用更加合理的焊接顺序，降低接头局部的拘束度；还可以通过预热、加热和拉伸的方法来消除焊接残余应力。
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