想要消除焊接应力，这8大法则值得借鉴一下

想要消除焊接应力，这8大法则值得借鉴一下

在焊接过程中，受热部位会产生焊接应力和变形，这种情况如不采取措施控制，产品质量将得不到保证，甚至使产品报废。本文将详细介绍焊接应力的定义、影响以及如何通过8大法则来减少焊接变形与焊接应力。

一、什么是焊接应力？

焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观。

焊接残余应力对焊件有 6个方面的影响：

1. 对强度的影响
2. 对刚度的影响
3. 对受压焊件稳定性的影响
4. 对加工精度的影响
5. 对尺寸稳定性的影响
6. 对耐腐蚀性的影响

二、8大法则，轻松减少焊接变形与焊接应力

减少内应力的方法

1. 锤打和锻冶——机械法
   采用锤击焊缝法
   在分段焊过程中应不断的用锤子敲打焊接处，利用震动的方法来控制残留的应力，把产生的应力消除掉。
   当焊缝金属冷却时,由于焊缝的收缩而产生应力,锤击焊缝区,应力可减小1/2~1/4。锤击时温度应维持在100-150℃之间或在400℃以上,避免在200-300℃之间进行,因为此时金属处于蓝脆阶段,锤击焊缝容易断裂。多层焊时,除第一层和最后一层焊缝外,每层都要锤击。第一层不锤击是为了避免根部裂纹,最后一层是为了防止由于锤击而引起的冷作硬化。
   震动时效可消除30%-50%的应力，是减小焊接应力是行之有效的方法。
   如今，市面上有很多用于震动的机器来消除应力，且震动的大小可以调节。

2. 预热和缓冷——热力法
   此种方法就是焊修前将需焊的工件放在炉内，加热到一定的温度(100～600℃)，在焊接过程中要防止加热后的工件急剧冷却。这样处理的目的是降低焊修部分温度和基体金属温度的差值，从而减少内应力。缓冷的方法是将焊接后的工件加热到600℃，放到退火炉中慢慢地冷却。

3. “先破后立”法
   铸铁件用普通碳素钢焊条焊接时，很容易产生裂纹，用铸铁焊条又不经济。现介绍一种“先破后立”用碳素钢焊条焊接的方法：先沿焊缝用小电流切割，注意只开槽而不切透，然后趁热焊接。由于切割时消除了裂纹周围局部应力，不会产生新裂纹，焊接效果很好。

在焊接过程中减少内应力有以上三种方法，现举例如下：铸铁泵壳裂缝的焊接。
(1) 在裂缝的两端点钻止裂孔(φ10mm)，以防焊接中裂缝进一步向外扩展。
(2) 用手动磨光机在裂缝的位置开坡口，坡口顶宽8～9mm，略成V字形，深32mm(此泵泵壳壁厚为40mm)，使得能够焊入电焊液。
(3) 焊接为手工焊，采用φ3.2mm专用铸铁电焊条，使用直流电焊机，反接，电流为150A，实施间断焊，即每焊长15～20mm电焊缝，停等片刻。在停焊间隙，当焊接熔液凝固后，由白热状态到红热状态时，用小尖锤捶击电焊缝，捶击用力要轻，速度要快，次数要多，使焊缝金属减薄向四周伸长，抵消一些焊缝收缩并减少焊接应力，这样能有效地提高焊缝金属的抗裂性(注意使用小锤头必须是半径为10mm左右的圆弧形的)。待焊接熔池冷却到暗红色消失后再接着焊。
(4) 对于较长的裂缝，为避免开裂，必须分段焊补。分段的原则是先焊能自由伸缩的那段。如分三段，应首先焊中间的一段，当此段冷至暗红色消失时，立即施焊另一段，然后焊最后一段。
(5) 施焊前，先对焊缝区进行预热，焊后保温，以降低冷却速度。预热、保温不仅能提高焊缝金属的抗裂性，而且还有益于降低熔合线附近区域的硬度。

减少和防止焊修时变形的方法

1. 预热法
   在焊接前对焊接件进行预热，不仅可以减少内应力，而且也是一种减少变形的好方法。

2. 预加反变形法
   预加反变形法是根据被焊金属的性质，预先凭经验估计出焊修后发生变形的方向和收缩量，在焊修前，将工件用机械方法进行预变形，使焊修后的变形恰好和预变形抵消。

3. 水冷法
   此种方法就是利用冷水喷射焊件，用降低基体金属的温度来防止变形，也可以将焊件浸在冷水槽中，露出需要焊修的部分，这样使基体金属温度不会升高，因此焊修件也不会引起变形。

4. 夹固法
   此种方法就是用刚性较大的夹具紧固焊件，防止被焊件在焊接时产生变形。但此法将在焊件内部残留着内应力，因此，这种方法主要应用于具有良好可塑性的低碳钢薄板焊接。

5. 合理选择焊接规范
   在焊接前，合理选择焊接规范，对减少焊件变形影响很大。如随着电流强度的增加，焊件的变形相应增大。焊缝的焊接顺序对减少焊件变形有很大意义，结构上的焊缝，应该使被连接的两个部件之间的焊缝最后焊成。对于柱形板结构，应该先焊纵向(轴向)焊缝，然后焊环形焊缝，否则，会使结构中央引起凸起变形，甚至裂缝。若焊件是一些钢板组成的金属板，应首先拼焊钢板的横向焊缝，当组成单个板条后，可采用分段焊，每一段都是朝着与施焊总方向相反的方向施焊，即采用逆向焊接法。
   另外，在焊接焊件时，如条件允许，应尽量采用快速和多层的焊接方法，各层间隔时间越短，效果就越好。

三、“低应力无变形焊接”技术发明人

1953年—1959年，在莫斯科包曼高等工学院机械工程系焊接专业学习，毕业后获工程师称号。
1959年，在第二机械工业部航空工业局航空工艺研究所从事焊接研究工作。
1959年—1963年，在莫斯科包曼高等工学院焊接专业研究生攻读焊接结构学，毕业后获技术科学副博士学位。
1963年—1987年，在北京航空工艺研究所焊接研究室从事焊接研究工作，任高级工程师、研究室主任。
20世纪70年代末，关桥在理论分析与实验测试的基础上，提出了“低应力无变形焊接法”的新构思：预置温度场只是实现低应力无变形焊接的必要条件——在焊缝区建立温差拉伸效应，它跟随焊接热源，并在熔池前后控制着焊接热应变和应力的产生和发展，直至焊后，在室温条件下达到残余状态；而有效地防止薄壁构件的瞬态面外失稳变形，避免温差拉伸效应减弱和内应力场势能降低，则是达到在焊后低应力无变形效果的充分条件。在工程应用中，双支点加压系统提供了所要求的拘束条件，杜绝了面外瞬态失稳。这样，在低应力无变形焊接法中，既有必要条件又确保了充分条件，二者相辅相成，实现了薄壁结构焊接应力与变形控制技术的新突破；在完成焊接后，工件保持完全无变形的状态，平整如初。这项新技术获得了中国发明专利，并成功地应用于航空航天型号的生产。

1987年—1988年，应英国皇家学会邀请，作为英国皇家学会对华研究员在剑桥英国焊接研究所从事合作研究。
1987年，任北京航空工艺研究所焊接研究室研究员、所科学技术委员会副主任。
1993年起，为北京航空制造工程研究所“高能束流加工技术”国防科技重点实验室学术委员会第一、二届主任。
1994年，当选中国工程院院士。
1998年起，为北京航空制造工程研究所“航空连接技术”航空科技重点实验室学术委员会第一、二届主任。
2022年12月，在北京逝世，享年87岁。

文章来源： 航空工业，巩义市斯伟特焊接材料，焊接技术weld