焊接应力分布及减缓方法

1.焊接应力的产生

焊接是局部加热，它是一个极不平衡的热循环过程。焊件上的温度变化范围很大又不均匀。加热（焊接）时，焊缝及两侧由室温被加热到很高的温度，然后再快速冷却下来，由于各部分的温度不同、冷却速度不一样，必然会引起膨胀与收缩不一致，导致产生焊接内应力和变形，甚至产生裂纹。

焊缝是靠电弧的加热与移动形成的。应力的形成、大小、性质和分布也很复杂，为了分析焊接应力的形成和性质，我们可以假设焊缝是同时形成的。焊接时，焊缝及相邻区域的金属处于加热阶段会膨胀，它会受到周边冷金属的阻碍，不能自由伸长，焊缝是受压应力。应力总是一对平衡应力，所以相邻冷金属受拉应力。随后冷却时，焊缝要产生收缩变形，而它同样受到周边冷金属的牵制，它对焊缝产生拉应力，周边产生压应力。图4-5所示为平板对接和圆筒环焊缝的焊接应力分布状况。

图4-5 焊接应力分布情况

a）纵向应力 b）横向应力 c）径向应力

2.焊接应力的危害(www.xing528.com)

焊接产生内应力是必然的。它的存在使其焊件的承载能力大为降低，甚至在外界产生变载荷时，会出现断裂的危险。对于要接触腐蚀介质的焊件，使其耐蚀性能降低。由于焊缝是拉力，使腐蚀加剧，使用年限降低，甚至产生腐蚀裂纹而报废的危险后果，对于焊件处于交变载荷时会使疲劳强度降低而出现脆断的危险后果。

3.应力的防止与消除

焊接应力的存在，必然影响焊件的使用性能，对于承受大载荷、压力容器等重要的焊接构件必须加以防止和消除。防止和消除应力的措施，应当从两个方面考虑：首先从设计焊接构件时着手，在强度相同条件下尽可能选用塑性好的材料，用微变形来抵消焊接应力；在焊缝布置上要尽可能避免交叉密集的焊缝，避免使用焊缝截面过大、过长的焊缝；尽量使用型材和冲压件；焊缝布置对称，避免在最大的弯矩地方布置焊缝；其次是从焊接工艺上着手，正确选择焊接次序，如图4-6所示的两种焊接次序，图4-6a是先将钢板Ⅰ和Ⅱ焊接，再焊接钢板Ⅲ是正确的；图4-6b是先焊接Ⅰ和Ⅲ，再和钢板Ⅱ焊接，在A处因多次受热易产生裂纹。其次对于厚度大或结构较为复杂的焊件，采取焊前预热，焊后缓冷，能显著减小焊接应力。适当采用小能量焊接方法或锤击焊缝，也可以减小焊接应力。当焊接应力需要彻底消除时，如压力容器，可采用去应力退火来实现，需要加热到500～650℃，保温后，缓慢冷却到室温。

图4-6 交叉平板焊接次序对焊接应力的影响

a）正确 b）不正确 1—先焊 2—后焊