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焊接应力范文1
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2
关键词：焊件 金属组织 膨胀系数 残余应力
焊接过程中产生变形的原因，一是在焊接时对焊件局部高温加热甚至达到熔化状态，随后快速冷却结晶而造成焊件应力集中、焊后变形及金属组织的变化，失去了焊件的结构尺寸和物理性能的稳定性；再就是焊接工艺方法、焊接参数及施焊方法、焊接材料的热物理性能等选择不当所产生的焊接应力与变形。
手工电弧焊是一门重要的金属加工技术，目前尽管焊接技术发展很快，自动化程度也越来越高，但手工电弧焊仍占有不可替代的地位，有很多操作是目前自动化无法替代的。
手工电弧焊由于焊接后必然会产生焊接内应力和变形，如果在操作前不对产生内应力和变形原因进行分析及不采取针对措施，就会给焊接后的产品带来一定的危害。
一、焊接产生的应力和变形原因分析
由于手工电弧焊在焊接过程中产生较高的热量，使焊件在焊接过程中受热不均匀，造成焊缝金属材料短时间内急剧膨胀和收缩，产生大量的内应力，改变了焊件的金相组织和刚性。焊接工艺的选择（如焊接电流的大小、焊接顺序先后、焊接速度快慢及焊接层数等）不同，也会产生不同程度的焊接应力和变形。为便于了解焊接应力与变形的产生，笔者进行以下几方面讨论。
一是由于焊接时焊件局部受到不均匀加热而产生的温度场，使焊缝高温区的材料膨胀量较大，而受到周围温度低、膨胀系数较小的材料限制又不能自由膨胀；焊缝热影响区以外的大部分金属不受热，也不会膨胀，于是材料内部就会产生阻止变形的抗力。这样不受热的金属部分限制了焊缝热影响区金属的膨胀和收缩，从而在焊件焊接区产生了内应力，使高温区的材料在受到挤压时产生局部压应变。在冷却过程中，受压缩应变的材料不能自由收缩而受到拉伸。由于一条焊缝是随着不断加热和冷却逐步形成的，焊缝中先结晶的部分和热影响区外的材料要阻止后结晶部分的收缩，于是在焊件中又出现了与焊缝加热时方向大致相反的内应力，因焊缝金属的膨胀系数不同，又不能自由收缩，因而引起焊缝中产生焊接应力和焊接变形。在冷却后，焊件上还有存在的应力，即残余应力；有不能恢复的变形，即残余变形，其大小和分布取决于工件的尺寸、形状、焊接热输入量和材料本身的线膨胀系数、导热系数、屈服极限、密度等物理性能。
二是在焊接加热和冷却的热循环过程中，熔池区的温度高达1500℃以上，受热金属在高温下剧烈变化，其物理性能和化学性能也随之产生相应的变化。钢在加热及冷却过程中发生相变，由于得不到相同体积的组织，因此也会产生焊接应力与变形。
三是焊接材料的刚性和拘束对焊接应力和变形也有较大的影响。刚性是指焊件在焊接过程中抵抗变形的一种能力；而拘束是焊件周围物体对焊件变形的约束。焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小，焊接变形越大而应力越小；反之，焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，则焊接变形越小而应力越大。
四是不同的金属材料在导热性能、热膨胀系数、表面散热系数、比热容等热物理性能不同产生的应力与变形不同。使用不同的焊接方法（如焊条电弧焊、气焊、气体保护焊、等离子弧焊、电阻焊、埋弧焊等）所产生的应力与变形也不同。不同形状的焊件会形成不同的焊接温度场，而且焊件的刚度和拘束度也不同，因此所产生的焊接应力与焊接变形也不同。还有焊接参数、焊缝位置、焊缝数量、焊缝长度、施焊方法，均对焊接应力与变形产生不同的影响。
二、焊接时产生的应力和变形危害分析
1.焊接应力造成的危害性
焊接应力是造成焊接热裂纹、冷裂纹及再热裂纹的原因之一。如发现宏观裂纹的焊接结构，则需要进行返修或报废。而在腐蚀介质中工作的焊接构件，如果具有拉伸残余应力，就会使构件产生应力腐蚀开裂的应力脆断。由于存在焊接应力，降低了焊接结构的承载能力，所以当焊接应力超过材料的屈服点时，将会使材料的塑性受到损失。具有焊接应力的焊接构件，如果进行焊后机械加工，则会破坏构件内应力的平衡，引起焊接构件的变形，影响加工尺寸的不稳定性。
2.焊接变形造成的危害性
焊接变形的危害在某种程度上比应力的危害要大，由于焊件的变形导致构件尺寸及形状的技术指标的精度超差，降低了焊接结构的装配质量及承载能力。对此需要将发生变形的构件进行矫正，因此浪费大量的工时及材料。当焊件变形过大，而且难以矫正时，就会导致产品的报废。
在手工电弧焊生产加工过程中，操作者要精心设计，尽量避免焊接应力与变形的产生。
参考文献：
焊接应力范文3
[关键词]焊接应力；焊接变形；不锈钢薄板；控制
中图分类号：TG457.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0065-01
引言
在“十二五”期间，我国的航空航天、核电、风电等高端产业得到了快速的发展，而这些产业的发展都离不开大型、重型加工设备，而大部分加工设备都是由不锈钢构成的。近些年来，随着不锈钢薄板的广泛应用，薄板不锈钢的焊接也日益重要，其焊接变形也严重影响了焊接质量，主要的变形包括横向收缩、纵向收缩、弯曲变形等，因此有效控制不锈钢焊接应力与变形的技术是至关重要的。
一、不锈钢焊接应力与变形控制措施分析的意义
随着我国高端产业的迅速崛起与发展，大重型加工设备的应用越来越广泛，带动不锈钢产业的发展。然而不锈钢焊接过程中容易出现焊接应力和焊件变形的现象。因此为了降低生产成本，提高企业的工作效率，提高企业受益，深入研究不锈钢焊接应力与变形控制措施分析是非常有必要的。
现在意义上的不锈钢焊接过程指的是，通过对焊件局部区域加热，然后再冷却凝固。需要注意的是焊接过程中，焊件如果会受热不均匀，将会带来很多麻烦，其会通过诸多因素，例如：在热源周围的金属运动在一定程度上会受到结构因素、材料因素、制造因素的内拘束度以及外拘束度的影响。从而导致焊件产生收缩或膨胀，从而使焊件内部产生焊接应力与变形。常见焊接应力包括横向应力、纵向应力等，常见焊接变形包括横向收缩变形、纵向收缩变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等等。因此，在焊接过程中，深入研究不锈钢焊件的应力与变形产生的原因，并找出有效控制不锈钢焊接应力与变形的措施，从更大程度上提高产品的质量，减少材料浪费，提高企业工作效率是非常必要的。
二、不锈钢薄板焊接应力与变形产生的原因
1、焊件的不均匀受热
焊件的焊接是一种局部加热的过程，温度分布特别不均匀，当焊缝或周围区域加热到熔化状态或接近熔点的时候，远离焊缝的区域温度并不高，甚至很低。在焊接时，加热区的金属在周围金属的拘束作用下，不能自由的热胀冷缩，当焊件拘束度较大或较小时都会使焊件上各点的受热膨胀与冷却收缩的程度不一致，焊接应力与变形就比较容易产生。
2、焊缝金属的收缩
一般来说，由于物体热涨冷缩的缘故，焊缝的金属会因冷却而体积缩小，但是，焊缝金属紧紧地连着母材，不能自由伸缩，会导致焊后焊件的变形，尤其对于不锈钢来说，其线膨胀系数比较大，变形程度也相对比较大，同时焊缝处会产生残余应力。还会出现焊缝先结晶部分会组织后结晶部分的收缩，导致焊件产生焊接应力与变形。
3、焊件抵抗变形的能力和周围物体对焊件变形的约束
焊件的刚性也就是说焊件抵抗变形的能力因周围的拘束程度的变化而变化。拘束是指周围物体对焊件变形的约束，周围的拘束程度越大，焊接变形越小、焊接应力越大，反过来当拘束程度越小的时候，则焊件变形变大，焊接应力会减小。
4、焊接工艺参数的影响
焊接工艺参数是指焊接时为保证焊接工艺质量而选定的诸多物理量，包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、电源种类极性、坡口形式等等。如果焊接工艺参数选取适当，焊接质量将会提高并且会很大程度上提高生产效率。焊接方法不同，焊接工艺参数也会不同，比如钨极氩弧焊中钨极直径，焊条电弧焊焊条直径，埋弧焊中焊丝直径等等。
三、有效控制不锈钢焊接应力与变形应采取的措施
1.减小不锈钢焊接应力的措施
所谓减小不锈钢焊接应力，是指在焊接结构制定过程中采取适当措施减小焊接的残余应力。一般可以从设计和工艺两方面着手，在不影响结构使用性能的前提下列出设计方案，另外还要采取必要的工艺措施将焊接应力减小到最低程度。以下是减小不锈钢焊接应力的具体措施。
（1） 减小焊接的拘束度。尽可能不用刚性固定来控制焊件的变形，以免增大焊接拘束度，因为焊接拘束度越大，焊接应力越大。另外应尽量使焊缝的纵向和横向避免受到较大拘束，能够自由的收缩。
（2）采取合理的焊接顺序。如果需要组装的焊缝比较多，应该按照构建形状和焊缝的分布先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝。先焊不能自由收缩的拘束度较大的焊缝，后焊能自由收缩的拘束度较小的焊缝，这样焊接应力就会大大减少。
（3）使用较小的线能量。在焊接的时候根据焊件的具体特性多使用小直径的焊条与输入较小的热，这样可以缩小焊件的受热范围，从而使焊接应力减少。同时，加快冷却速度，能有效增加焊接接头的耐蚀性，这需要降低层间温度，当前层焊缝温度冷却到较低温度时，再焊接后道焊缝。
（4）去除残余应力的广泛方法―振动法。当今时代，我们采用的最广泛有效地方法是振动法，其基本原理是当构件承受的变载荷应力达到某个规定的数值时，如果再循环施加载荷，其残余应力就会缓慢减少，这时我们就可以通过振动法这种方式来消除部分焊接残余应力。由于振动法消耗的成本低、效率高且设备简单，在生产上应用比较广泛。
2.控制不锈钢薄板变形所采取的措施
（1）施加辅助热源或冷源
通过国内外许多学者的研究和分析，通过施加辅助热源或冷源来畸化焊接温度场能够有效地降低焊件的应力和控制变形。经过大量的实验证明在焊缝区域利用适合形状的挤压头进行挤压，在一定速度下旋转锤击焊缝，使焊缝区产生塑性应变，则会减小甚至消除残余压缩塑性应变，能有效降低焊接残余变形。
（2） 选择合适的焊件装配顺序
在焊接装配时如果焊件的装配顺序选择的合适，则会避免在总的构件内引起多余的装配应力。在不同的装配阶段，装配体的总刚性化和重心位置是会改变的，这样会导致焊件内本不应该存在的应力出现。如果处理不好装配焊接顺序，则会直接影响焊接的质量。还有在不锈钢薄板装配过程中有可能产生新的残余应力，当它的值大于临界变形应力时，就会导致焊件变形。因此，要尽可能减少或避免装配应力的产生，首先选择合适的焊件装配顺序是至关重要的。
（3）选择合适的焊板初始粗糙度和板厚
经大量实验证明，焊板的初始粗糙度和板厚对焊接变形的影响很大，如果板材存在不平整度问题，那么它的残余应力会增加，起始阶段板材挠度的增长相对比较缓慢，但当焊接产生的残余应力超过某个定值时，瞬间板材挠度的增加会相对较快。初始粗糙度相对较大时，板材所能承受的临界载荷值在一定程度上就会降低，容易产生失稳变形。因此必须严格控制不锈钢薄板焊件的表面粗糙度，否则其将会很大程度上影响焊接抗失稳变形阻力和临界载荷。
除了初始表面粗糙度外，焊板厚度也是影响不锈钢薄板变形的重要因素。焊板的厚度越小，刚度就越小，抵抗弯曲变形的能力就越差，在不锈钢薄板对接焊时，受高温影响容易发生挠曲变形。反之，焊板厚度越大，刚度也就越大，则不易产生变形。因此合理控制焊板厚度是减小不锈钢薄板变形的重要措施之一。
四、总结
总而言之，不锈钢焊件在焊接过程中总是避免不了产生焊接内应力，焊接后产生残余应力，随之产生焊接变形的现象。在工程焊接实践过程中，我们要牢记正确的焊接工艺，在熟悉焊接工艺的基础上，采取更为合理有效的控制不锈钢焊接应力与变形的方法与对策，尽最大可能在最大程度上减少和消除焊接后焊件产生残余应力和变形现象的发生，实现我国不锈钢产业高效、高产的发展的伟大目标。
参考文献
[1]董兵天.不锈钢吊架主梁结构焊接应力与变形控制工艺研究.[J].科技创新导报，2013.
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【关键词】残余应力；焊接结构；影响
0.引言
焊接残余应力简称焊接应力，它是一种无荷载作用下的内应力。由于焊接的过程是一个不均匀加热和冷却的过程，在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，由此就形成了残余应力。残余应力的存在对结构的刚度、受压构件的承载力、低温冷脆以及疲劳强度均会有一定的影响。
1.焊接残余应力的分类及产生的原因
焊接过程是一个对焊件局部加热继而逐渐冷却的过程，焊件由于焊接而产生的内应力我们称之为焊接应力，对于钢结构而言，焊接残余应力和变形是影响结构断裂强度、疲劳强度和结构稳定性的重要因素。从焊缝的方向，焊接残余应力可以分为三类：
1.1沿焊缝长度方向的纵向焊接应力
施焊时，焊缝附近温度最高，在焊缝区以外，温度则急剧下降。由于不均匀温度场的影响，温度高的钢材膨胀大，但受到周围温度较低、膨胀量较小的钢材所限制，产生了热塑性压缩；焊缝冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向内收缩，但受到周围钢材限制而产生收缩应力，这是垂直于焊缝方向的纵向拉应力就是纵向焊接应力。此时，由于焊件不受约束，焊接产生的应力是自相平衡的应力，即由于在焊缝附近出现收缩拉应力，则必然会在距焊缝稍远区段内产生压应力，可以把纵向焊接应力的这种分布规律简称为“热拉冷压”。
1.2垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力
横向焊缝产生的原因有两个：一是由于焊缝纵向收缩，使得被焊接的两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是两块钢板的中间会产生横向拉应力，而两端则产生压应力；二是由于先焊的焊缝已经凝固，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向塑性压缩变形。而在焊后收缩时，先冷部分就将受压，而后冷部分受拉。由于残余应力自相平衡，所以两部分的焊接应力叠加形成了横向焊接应力，这种应力分布要比纵向焊接应力复杂。总结来说就是“先焊压后焊拉”。
1.3厚度方向上的焊接应力
主要针对一些厚度较大的钢板有影响，一般大于40mm。由于在厚钢板的焊缝连接中，焊缝需要多层施焊，在厚度方向就存在先冷和后冷的状态，这就带来了在厚度方向的不均匀热胀冷缩。所以，不仅仅是在纵向和横向有残余应力，在厚度方向上也存在着残余应力。
2.残余应力对结构性能的影响
结构是保障建筑安全性和可靠性的重要方面，所以结构的工作性能能否正常的发挥就显得非常重要。残余应力是构件还未承受荷载而早已存在构件截面上的初应力，在构件受力过程中，与构件所受的其它荷载引起的工作应力相互叠加，不但会降低结构的刚度和稳定性，而且还会严重影响结构的疲劳强度、抗脆断能力等。下面将从这几个方面阐述焊接残余应力对结构工作性能的影响：
2.1对结构刚度的影响
构件上的焊接残余应力的存在会降低结构的刚度。在构件受荷载时，当外荷载产生的应力与构件中某个区域的残余应力叠加之和达到材料的屈服点时，该区域的材料就会产生局部的塑性变形，该部分的应力不再增加，而在达到屈服点部分的材料，其弹性模量近于0。这样从构件截面性能来讲，构件的刚度减小，构件抵御变形的能力下降。所以当构件受力超过了局部塑性的应力，构建的变形加速，这对于尺寸精确度和稳定性要求较高的结构是不容许忽视的。
2.2对低温冷脆的影响
焊接残余应力对低温冷脆的影响经常是决定性的，必须引起足够的重视。脆性断裂一般都是在应力不高于结构的设计应力和没有明显塑性变形的情况下发生的，并瞬时扩展到结构整体，事先不易发现和预防，因此往往造成人身伤亡和巨大的财产损失。根据有关资料研究表明由于焊接使得结构存在多种焊接缺陷。
上图表明焊接的碳钢试件断裂强度在不同温度下的总趋向，以及尖锐缺口和残余应力对断裂强度的影响。
当试件没有尖锐缺口时，断裂的载荷将相应于试验温度下的材料强度极限，如曲线PQR所示。试件有尖锐缺口，但没有残余应力时，引起的断裂的应力用曲线PQ-SUT。当温度高于断裂转变温度Tf时，在高应力作用下发生高能量断裂。当温度低于断裂转变温度Tf时，断裂应力降低到接近于屈服应力。如果在高残余拉应力区存在有一个缺口，则可能发生以下各种形式的断裂：
（1）温度高于Tf时，断裂应力等于强度极限（曲线PQR），残余应力对断裂应力没有影响。
（2）温度低于Tf时，但温度高于止裂温度Ta时，裂纹可能在低应力下始发，但被止住。
（3）温度低于Ta时，根据断裂始发时应力水平将发生两种情况之一：
a）如果应力低于临界应力WV，裂纹将在扩展一段距后被止住。
b）如果应力高于临界应力WV，将发生完全断裂。
2.3对疲劳强度的影响
钢材在循环应力多次反复作用下裂缝生成、扩展以致断裂破坏的现象称为钢材的疲劳。残余应力的存在使变荷载产生的应力与残余应力叠加后，应力幅值产生变化，将对结构抗疲劳强度产生影响。在焊缝及其附近的主体金属残余拉应力通常达到钢材屈服点，此部位正是形成和发展疲劳裂纹最为敏感的区域。因此，焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。结合某研究所曾对起重机箱型梁制作成模拟梁做疲劳强度试验（用30根分别进行），我们从中了解到了一些小结论：
（1）各梁疲劳破坏时初始裂纹均发生在梁焊接应力最大处。证明焊接结构承受载荷疲劳破坏是在焊接残余应力最大处发生。
（2）焊接结构若焊缝质量高、无缺陷，则结构承受载荷时，焊接残余应力对疲劳强度无明显影响。
（3）焊缝存在缺陷，则初始裂纹会在焊接残余应力分布最大处，使梁的寿命降低。
3.结语
焊接残余应力是焊接技术带来的一个几乎无法避免的缺陷，对结构的刚度、低温冷脆、疲劳强度等都有很大的影响。因此，应该加强关于残余应力对结构影响的研究，以便找出减小残余应力的措施，提高结构的安全性和可靠性。
【参考文献】
[1]钢结构设计原理.郑大出版社.
焊接应力范文5
[关键词]机械应力消除法；焊接；残余应力；影响建议
中图分类号：TB446 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0308-01
机械工程的发展使焊接中存在的变形问题不断减少，选用科学的方式进行焊接应力的处理能够更进一步降低焊接残余应力的影响。其不仅会影响焊接质量，还会极大降低金属结构的承载能力，造成受压稳定性、金属强度等性能的降低。此外，技工精度也会受到相应的影响。在实际施工过程中，机械应力消除法是较为常用的残余应力消除手段，通过这种方法能够有效降低残余应力对工程整体水平的影响，进而确保焊接工程的精度和水平。
一、简述机械应力消除法
机械应力消除法是较为常见的焊接应力消除手段，这种方式主要是通过外部压力的施加来对残余应力进行抵消，使外部力和残余应力形成合力，进而降低残余应力对焊接工作的影响。在实际应用中，要对三方面进行详细的考量：首先，根据工件的实际情况合理判断残余应力的消除方式，如果机械应力消除法不符合工件要求，那么要改用其他应力消除手段；其次，要进行合理的工件施压处理；最后，外部施压的时间、施压位置、施压大小都要根据工件的具体情况进行分析。由此可见，在具体施工过程中，机械应力消除法要根据不同的情况进行操作。下图为焊接应力和变形图。由图可以看出，不同的变形其表现形式差异很大，因此，分析机械应力的种类可以从其变形形状得出，进而找出对应的消除方法。
图1 焊接应力和变形图
a、收缩变形；b、角变形；c、弯曲变形；d、扭曲变形；e、波浪变形
二、采用机械应力消除法进行焊接残余应力消除的具体方式
（一）残余应力在结构上的分布
焊接残余应力在结构上主要有四种分布情况：第一种，纵向残余应力。通常出现这种残余应力的材料为低碳钢或者普通合金钢材料，由于焊缝周边会产生纵向应力，这种应力为拉应力，如超越材料的屈服极限将致使变形。进行圆筒形焊接时，要根据圆筒的大小、直径等多个方面分析纵向应力的分布，不同的材料会出现不同的分布情况，焊接人员必须根据具体的分布情况进行合理焊接，避免由于焊接方法选择错误而导致焊接失效，或是焊接质量下降；第二种，横向残余应力。所谓横向残余应力，就是两块钢板在焊接处进行了二次焊接，M而导致纵向出现不定量的收缩，然而受到焊接影响，两块钢板无法分离，进而产生拉应力以及压应力，这都是横向残余应力，是比较难以消除的应力，需要技术人员在工作中积累经验，尽量减小该类应力；第三种，非自由状态下的残余应力。如果焊接件没有处在自由状态，那么变形行为也会根据焊接件的状况受到影响。这种情况下必然产生一些内应力，这种内应力就是非自由状态下的残余应力；第四种，封闭焊接时出现的内应力。封闭焊接是一种常见的焊接情况，这种焊接方式会对焊接缝产生一定的约束，出现的残余应力较大。封闭条件下，内应力的产生受到焊接拘束度以及嵌入体的影响，通常情况下，拘束度和内应力成正比。
此外，残余应力还存在两方面的延伸影响，分别是：对结构强度以及工件稳定性的影响；对构件脆性断裂的影响。在机械应力消除法的实际应用中，残余应力会与承载负荷产生力的相互叠加，进而导致构件强度出现变化。残余应力的存在会使载荷面积的分布受到影响，因此，如果构件局部出现压塑性变形的情况，构件的稳定性会受到巨大的影响。由此可见残余应力的分布情况会对构件的稳定性产生巨大的影响，在进行焊接和残余应力处理的过程中要合理考虑构件的稳定性，避免焊接质量受到影响；根据实际操作，构件的内部结构会在很大程度上影响脆性断裂情况的产生，如果其内部结构存在问题，断裂情况就非常容易出现。所以，在进行断裂问题处理时，要对残余应力进行合理的分析和处理，将其影响降到最低。
（二）机械应力消除法的具体应用措施
采用机械应力消除法消除焊接残余应力的具体应用措施主要有三方面：首先，在进行焊接之前对焊接件进行合理的分析和考量，根据焊接件的实际情况和焊接试验的结果选择科学合理的焊接手段，在焊接过程中尽可能减少残余应力的产生。以焊接件的整体结构不受影响为施工基础，尽可能降低焊缝的出现数量、缩小焊缝的尺寸。在实际焊接的过程中可以运用反变形法来减少变形，进而降低焊接残余应力；其次，要根据实际施工情况和焊接件的要求进行具体的分析，不仅要考虑元件的尺寸、结构、用途还要对工作条件等多个方面进行分析，参考各方面的数据来判断是否要进行焊接残余应力的消除以及消除方式是否选用机械应力消除法；最后，根据实际情况分析决定选择机械消除法进行残余应力消除后，要确保操作的正确可靠。此外，在残余应力处理结束后，要对处理效果进行审查和分析，确保处理工作有效完成，从而从根本上确保焊接工程的质量和水平。若是发现残余应力并没有完全得以处理，应当对其进行二次处理。
结语
综上所述，工件焊接工作结束后，产生相应的残余应力。焊接残余应力的产生会在很大程度上影响焊接的质量和水平，进而导致构件的寿命极大的缩减。因此，加强消除焊接残余应力是必不可少的。通常，我们可以采用机械应力处理法对焊接残余应力进行处理，这种处理方式能够在一定程度上保障焊接质量，不过焊接技术人员也要根据具体的情况进行具体分析和操作。
参考文献
[1] 宋金鹏.机械应力消除法对焊接残余应力的影响分析[A].中国智慧城市经济专家委员会.2016首届全国智慧城市建设应用高峰论坛论文集[C].中国智慧城市经济专家委员会：，2016（1）.
焊接应力范文6
伴随经济社会的快速发展，我国出现巨大能源缺口。核能属于相对清洁、安全与低廉的新型能源，其重要地位日益突现。核反应堆有着极强的辐射性，核压力容器生产材料要选择优质材料，严格把控核压力容器生产质量与使用时段内的质量。能源需求的不断加大，推动进一步提高核电站数量和反应堆单堆的容量，生产大型化与复杂化的核压力容器，更我依靠焊接工艺来完成。本文探讨焊接工艺对厚壁核压力容器焊接残余应力的影响，以期为生产厚壁核压力容器焊接时消除残余应力与控制变形提供建议。
关键词：
焊接工艺；厚壁核压力容器；残余应力；影响
现代工业发展与科技进步，海洋工程、航空航天、核动力工程等领域越来越广泛运用焊接工艺。焊接工艺是集传热、电弧物理、冶金和力学等于一身的复杂过程，成为将金属材料连接成构件的极为重要手段。在生产核压力容器时，它更是起到无可替代的作用。为了提升能源安全级别，降低核辐射带给自然界与人类社会的危害，务必要确保核压力容器的质量。因此，探讨焊接工艺对厚壁核压力容器焊接残余应力的影响时，了解焊接当中构件所带的残余应力与大小分布特点，以确保焊接接头安全性，从而保证核压力容器的质量。
1现有情况
20世纪70年代日本大阪大学的上田幸雄教授等人根据有限元法，分析焊接残余应力的应变过程。自此之后，有限元模拟技术开始快速发展，有限元模型的建立简化了复杂的动态焊接应力分析过程。虽然我国在这方面的研究起步较晚，但是发展速度较快，且已获得一定成果。20世纪80年代初，以陈楚为首的研究人员对热弹塑性理论进行系统化的分析，推导出有限元计算公式，并编制出相对应的计算机程序。20世纪90年代，我国学者对这一领域进行更加深入的探索。目前，在确保焊接结构的稳定性的前提下，采用不同方法去除焊接残余应力的求值计算方法得到快速发展。只不过要完全达到实践需要，还有待进一步研究。
2现有问题
目前焊接残余应力的探索有了很大的进步，但是难以应对实际工程的要求。利用数值分析法控制复杂的焊接结构的残余应力的措施还有很多不足之处。第一，缺少足够的材料热物理性能重要数据，如:密度、导热系数与比热容等。第二，缺乏热源分布参数数据，有待进一步探讨多层焊缝、开坡口焊缝等的热源分布方式。第三，如何选取焊接热源的热效率资料较为分散，存在比较大的误差。第四，处置焊接熔池的方式存在问题，未把焊接熔池内部液态金属的对流传热特性纳入考虑范畴之内。第五，我国分析复杂核压力容器焊接残余应力的水平尚处在初级水平。待深入研究与探索焊接数值模拟技术的意义与作用，对焊接现象的本质有了更加精准的认识之后，方可把焊接残余应力精确计算出来，以提供可借鉴的理论。
3焊接温度场的分析理论
模拟焊接应力与应变的前提就是温度场，计算应力与应变的参考数据就是由流动准则、屈服准则、热弹塑性与强化准则所构成的基本理论。运用ANSYS软件模拟焊接过程时，上述理论和依据用来判定材料有无屈服、如何进行流动与强化，同时成为计算材料出现弹性与塑性变形时应力与应变关系的理论标准。屈服准则主要用来确定材料开始出现塑性变形的应力状况，计算单值的等效应力，并将结果与屈服强度进行对比，以得出材料的屈服时间。流动准则主要是从几何的角度出发，说明塑性应变增量向量与成与屈服面的法向，两者方向始终是一致的。强化准则主要用来阐释初始屈服准则是如何跟着塑性应变的增加而变化发展的。热弹塑性基本原理主要用来计算焊接全过程动态应力与应变的变化过程及最终的残余应力与变形的态势。
4焊接工序的影响力
4.1焊接流程参数作用于残余应力焊接残余应力出现的关键因素就是有不均匀的温度场存在。出现裂纹重大原因就是焊接残余应力。运用不同的焊接工艺参数，如：1350℃、1420℃、1490℃，焊接之后的出现的等效残余应力的变化走势是相同的。处在焊缝中心，其应力是最大的，距离焊缝中心越远，距离增加的同时，而应力会慢慢降低。其中，使用1350℃和1490℃焊接工艺参数，焊接之后应力的变化态势呈现大致相同的曲线，两者应力数值分别为360.28MPa和369.34MPa。而使用1420℃的焊接工艺参数，焊接之后应力的变化态势曲线，与前两个曲线相比，其态势略为走高，其应力值也是三者中最大的，为370.22MPa。据此可知，使用不同的焊接工艺参数，影响着焊后残余应力的大小。
4.2坡口形式作用于焊接残余应力焊接厚壁核压力容器时，有很多因素会影响焊接残余应力，坡口形式就是其中之一的影响因素。因此，在操作过程中，极为重要且必不可少挑选合宜的坡口形式与尺寸。就40mm宽I型坡口、35mm宽I型坡口及35mm宽双U型坡口等三种不同坡口形式而言，利用有限元算出结果来证明其作用于焊接残余应力的大小。在焊接结束后,出现于焊缝中心的等效应力值都不一样，40mm宽的I型坡口焊接后残余应力最大,其应力值460.12MPa，35mm宽的I型坡口焊接后残余应力位居第二,为420.68MPa，35mm宽的双U型坡口焊接后残余应力最小，为370.36MPa。三个坡口形式的相同之处在于，处在焊缝中心的应力最大，离焊缝中心越远，应力慢慢降低。所以，在有着相同宽度的焊缝的情况下，焊接应力相对较小的是双U型坡口；在有着相同的坡口形式的情况下，焊接后残余应力相对较低的是35mm宽。
4.3焊接后热处理工序作用于焊接残余应力去除焊接残余应力才能确保焊接结构的安全与牢靠，热处理成为去除焊接残余应力常用手段。在35mm宽的I型坡口完成6道焊接后，对其执行热处置，回火温度640℃，分别放在炉中保温1-7h，再行冷却，以去除残余应力。试验结果表明，没有执行热处理之前，焊缝处的等效应力值为最高，执行热处理之后，焊缝中心的等效应力相对降低。热处理之前焊缝中心的应力峰值为421.86MPa，执行热处理之后，等效应力相对较大的出现在1小时与7小时后,分别为351.32MPa和341.71MPa。等效应力相对较低的出现在2小时、3小时与4小时后，分别为270.14MPa、269.56MPa和267.97MPa。据此可知，执行热处理可以有效减少焊接残余应力，引起重新分布焊接残余应力，并且处在640℃的高温下，执行2小时热处理，可以让残余应力得到更好清除。
5结束语
社会经济发展，能源的需求变得越来越大，能源供给面临巨大挑战。核能有着广阔的开发前景，应当大力开发与使用。同时，不可忽略能源的安全与可靠性问题。日趋复杂化的核压力容器，给能源安全与可靠性带来新的考验。而焊接工艺成为决定其质量的重要手段，务必要进一步加以改进。本文探讨了焊接工艺对厚壁核压力容器焊接残余应力的影响，希望以此为核压力容器质量的改进方法的执行提供参考意见。
参考文献
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