消除焊接殘余應(yīng)力，提高焊接件質(zhì)量

隨著科技的不斷進(jìn)步，焊接方式不斷得到豐富與發(fā)展，目前應(yīng)用范圍較廣的焊接方式包括：焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊和惰性氣體保護(hù)焊等。盡管焊接方式不盡相同，但其原理都是焊接熱源移動(dòng)加載，焊接母材與焊接材料融化重新組合的過程。

一、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)理

在焊接過程中，隨著高溫焊接熱源的移動(dòng)，工件受熱極不均勻，焊縫區(qū)以及附近區(qū)域溫度極高，焊接母材甚至?xí)l(fā)生熔融現(xiàn)象，距離焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域，溫度隨距離的增加而出現(xiàn)梯度性下降，整體溫度較低;而在焊接完成后的冷卻過程中，遠(yuǎn)離焊縫區(qū)溫度最先降到室溫，焊接件整體降溫具有不一致性。

焊接受熱過程的極不均勻性和整體降溫的不一致性是焊接件產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要原因。對(duì)于焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理，我們可以從宏觀與微觀兩個(gè)角度進(jìn)行分析解讀。

焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因

目前為止，高校學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)研究人員對(duì)焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理的認(rèn)識(shí)可以從兩方面進(jìn)行概括。

宏觀方面：焊接是高溫?zé)嵩匆苿?dòng)加載的過程，在熱源移動(dòng)過程中，工件受熱極不均勻，高溫區(qū)焊接母材發(fā)生劇烈的塑性變形，而低溫區(qū)的熱塑性變形運(yùn)動(dòng)受到制約，并且在焊接件冷卻至室溫的過程中，冷卻速度存在不同步性，低溫區(qū)率先冷卻至室溫，高溫區(qū)仍在進(jìn)行熱塑性變形運(yùn)動(dòng)。當(dāng)焊接件溫度冷卻至室溫后，已發(fā)生的熱塑性變形并沒有完全得到恢復(fù)，從而產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力;

微觀方面：在焊接熱源移動(dòng)加載過程中，焊接母材內(nèi)部晶格吸收焊接熱源高溫?zé)崮?，由能量守恒定律可知，吸收熱能后的晶格處于活躍的不穩(wěn)定狀態(tài)，晶粒之間相互運(yùn)動(dòng)，晶格發(fā)生疊、位錯(cuò)現(xiàn)象，焊接母材內(nèi)部原有的力學(xué)平衡體系被打破，并且當(dāng)焊接結(jié)束后，晶粒無法重新運(yùn)動(dòng)回到原始位置，從而產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。

二、焊接殘余應(yīng)力的消除

隨著新技術(shù)、新科技和現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，要求焊接技術(shù)具有更高的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、品質(zhì)性。因此，需要消除焊接殘余勢(shì)力的影響來提高焊接技術(shù)。

常規(guī)消除焊接殘余應(yīng)力的方法有熱處理、激光處理法、加載法、爆炸處理法、熱處理法、錘擊處理法、振動(dòng)處理法、深冷處理法、超聲波處理法等，詳情請(qǐng)參考文章：焊接殘余應(yīng)力調(diào)控方法研究

此處重點(diǎn)介紹振動(dòng)時(shí)效技術(shù)。

振動(dòng)時(shí)效在70年代起源于美國(guó)，后來在德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)從80年代初開始引進(jìn)使用振動(dòng)時(shí)效工藝。振動(dòng)時(shí)效是一種高效、節(jié)能、環(huán)保及低成本的時(shí)效方法，與傳統(tǒng)的熱時(shí)效和自然時(shí)效相比，具有生產(chǎn)周期短、場(chǎng)地簡(jiǎn)單靈活方便、生產(chǎn)費(fèi)用低、無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，目前在某些方面已取代了傳統(tǒng)的熱時(shí)效和自然時(shí)效。

振動(dòng)時(shí)效技術(shù)消減焊接殘余應(yīng)力機(jī)理同樣可從宏觀與微觀兩個(gè)方向進(jìn)行介紹。

宏觀因素——激振器提供的動(dòng)應(yīng)力與金屬內(nèi)部的殘余應(yīng)力相互疊加，當(dāng)應(yīng)力之和不小于金屬材料的屈服極限時(shí)，金屬發(fā)生塑性變形，焊接殘余應(yīng)力得以釋放、均化。

微觀因素——在進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效時(shí)，金屬材料內(nèi)部的晶格吸收能量，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，晶格的運(yùn)動(dòng)會(huì)打破原有的積塞現(xiàn)象，晶格的重新排布，使殘余應(yīng)力得以釋放、均化。

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審核編輯 黃宇