机械应力消除法对焊接残余应力的影响分析

宋金鹏

大型机械工程中，钢结构对于焊接技术的要求是比较高的，直接关乎工程的施工质量。如何消除在焊接后残留的应力一直都是影响焊接技术的主要问题，相关从业人员对于消除焊接残余应力的研究也是比较重视的。本文简单介绍了应用机械应力消除法对于焊接残余应力的影响作用。

随着机械工程技术的不断发展，为了能够减少焊接过程中出现的变形现象，采取合理科学的方式对焊接应力进行减少是十分有必要的。焊接残余应力和变形对于焊接质量的影响是十分严重的，并且在很大程度上降低了结构的承载能力，主要变化在强度、刚度和受压稳定性等方面。除此之外，对于结构的加工精度与尺寸的稳定性也有不利的影响。在工程实践中，经常采用机械应力消除法来消除残余的焊接应力，从而提高焊接工程的质量。

一、机械应力消除法的基本概念

机械应力消除法是普遍应用于工程实践中消除焊接残余应力的方法，其具体方式是在焊接结构部分适当的施加外部压力，这样可以用外部施加的压力与焊接产生的残余应力形成合力，从而起到减少焊接残余应力的作用。实际施工过程中应当考虑到以下几个问题：一是具体工件是否适合采用机械应力消除法对其进行焊接残余应力的消除；二是对工件施压部分要进行科学合理的有效处理；三是分析工件对于外部施压位置、时间、大小的具体操作。因此对于具体施工中是否采用机械应力消除法处理焊接残余应力应当具体问题具体对待，进行科学有效的分析，从而确定施工的具体操作。

二、焊接残余应力的分布与影响

实践证明焊接残余应力在焊接构件中基本上都是双轴向存在的，在焊接构件的厚度方向一般是比较小的。根据焊接构件的结构不同，焊接缝的长度也有所区别，所产生的焊接残余应力分布的情况也就有很大的差异。这些差异的存在会影响机械应力消除法具体实施中的作用效果。

1.纵向残余应力

由低碳钢和普通合金钢组成的焊接构件，对其进行焊接处理过程中，焊接缝及其附近区域的纵向应力为拉应力，这些应力在数值上最大可以达到材料的屈服极限。当工件为圆筒形时由焊接所引起的纵向应力的分布会稍有不同，这个数值取决于圆筒的直径、厚度以及焊接过程中压缩塑性变形区域的宽度。针对不同的材料与形状，焊接残余应力的分布也会呈现出不同的规律。

2.横向残余应力

焊接过程中产生的横向应力，一般可以被认为是两块钢板边缘在焊接缝处进行了重新的对接与组合，在这个焊接边缘的纵向方向肯定存在一定的收缩量，但是两块钢板因为焊接缝的存在使其成为了一个不可分割的整体，因此也会产生一定的拉应力，焊接缝的两端会出现压应力，这些应力都归属于横向残余应力的范围。

3.非自由状态下焊接的残余应力

当焊接是在焊件的非自由状态下进行的，由此而产生的变形行为会受到实际情况的限制。当发生这种情况时，会使得焊接后构件的内部出现不可避免的内应力。

4.封闭焊接引起的内应力

焊接过程中极其容易出现一些封闭的焊接缝，这些封闭的焊接缝的约束度很大，产生的残余应力也是非常大的。焊接的刚度和嵌入体在很大程度上影响着封闭条件下产生的内应力，一般而言，随着刚度的增大，内应力也会随之增大。

三、焊接残余应力的延伸影响

1.对结构强度和工件稳定性的影响

实际应用中承受拉力载荷时，焊接残余应力与载荷相互叠加，会严重影响构件的强度。焊接残余应力的存在，会改变构件对于外部载荷面积分布的情况。在这种情况下，一旦构件受到局部压塑性变性后，将会使得构件整体的稳定性下降。焊接残余应力的分布会在很大程度上影响到受压构件的稳定性。

2.对构件脆性断裂的影响

在机械工程中，低应力情况下的脆性断裂事先是很难被发现的，但是其危害性却也是巨大的。通过工程实践的数据表明，低应力脆性断裂与构件的内部结构有很大的关系，构件内部结构的缺陷很容易造成这种情况的发生。因此对于构件的脆性断裂问题应当充分考虑在焊接过程中产生的残余应力的影响。

四、使用机械应力消除法对于减少焊接残余应力的具体措施

首先，焊接工艺方面减少焊接残余应力，具体方式有：减少焊接缝的数量，在保证结构的前提下，有效地减少焊接缝的尺寸和数量；焊接缝的分布不要太过密集，尽量避免出现交叉的情况；在满足工艺的前提下，选择刚性较小的接头形式；尽量降低接头的刚度，可以在实际操作中运用反变形法减少刚度来减少焊接残余应力。

其次，考虑对于焊接残余应力的消除是否有必要，主要从构件的尺寸、用途、材料以及工作条件等方面进行综合性的考虑。

最后，如果确定采用机械应力消除法减少焊接残余应力，在施工后要进行科学有效的评定。保证机械应力消除法的每一步操作的正确性，同时要对处理后的工件进行效果评定，确保处理的彻底和有效性。

五、结语

对工件进行焊接处理的过程必然会产生一定的应力，这些应力的存在，在很大程度上影响了构件的质量和使用寿命，由此带来的质量隐患也是十分严重的，因此对进行焊接操作后的工件进行处理是十分有必要的，只有这样才可以在保证焊接质量的前提下充分发挥工件的重要作用。

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