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1、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

  對(duì)構(gòu)件進(jìn)行焊接時(shí)，在焊件上會(huì)產(chǎn)生局部高溫的不均勻溫度場，焊接中心處溫度可達(dá)160℃，高溫區(qū)的鋼材會(huì)發(fā)生較大程度的膨脹伸長，但受到相鄰鋼材的約束，從而在焊件內(nèi)引起較高的溫度應(yīng)力，并在焊接過程中，隨時(shí)間和溫度而不斷變化，稱其為焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力較高的部位，甚至將達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度而發(fā)生塑性變形，因而鋼材冷卻后將有殘余于焊件內(nèi)的應(yīng)力，稱為焊接殘余應(yīng)力。并且在冷卻過程中，鋼材由于不能自由收縮，而受到拉伸，于是焊件中出現(xiàn)了一個(gè)與焊件加熱方向大致相反的內(nèi)應(yīng)力場。殘余應(yīng)力是一種自相平衡的力系，當(dāng)構(gòu)件承受載荷時(shí)，如受拉、受壓等，載荷引起的應(yīng)力將與截面殘余應(yīng)力相疊加，從而使構(gòu)件某些部位提前達(dá)到屈服強(qiáng)度，并發(fā)生塑性變形，故會(huì)嚴(yán)重降低構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度。

2、焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響

焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)影響是非常不利的，主要是表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）對(duì)構(gòu)件剛度的影響

  當(dāng)外載產(chǎn)生的應(yīng)力與結(jié)構(gòu)中某區(qū)域的殘余應(yīng)力疊加之和達(dá)到屈服點(diǎn)δs時(shí)，這一區(qū)域的材料就會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形，喪失了進(jìn)一步承受外載的能力，造成結(jié)構(gòu)的有效截面積減小，結(jié)構(gòu)的剛度也隨之降低。

2）對(duì)受壓桿件穩(wěn)定性的影響

  當(dāng)外載引起的壓應(yīng)力與殘余應(yīng)力中的壓應(yīng)力疊加之和δs，這一部分截面就喪失進(jìn)一步承受外載的能力。折舊削弱了構(gòu)件的有效截面面積，并改變了有效面面積的分布，降低了受壓桿件的穩(wěn)定性。

3）對(duì)靜載強(qiáng)度的影響

沒有嚴(yán)重應(yīng)力集中的焊接結(jié)構(gòu)，只要材料具有一定的塑性變形能力，殘余應(yīng)力不影響結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度。如材料處于脆性狀態(tài)，則拉伸殘余應(yīng)力和外載應(yīng)力疊加有可能是局部的應(yīng)力首先達(dá)到斷裂強(qiáng)度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)早期破壞。

4）對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響

殘余應(yīng)力的存在時(shí)結(jié)合在的應(yīng)力循環(huán)發(fā)生偏移。這種偏移，只改變其平均值，不改變其幅值。結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度與應(yīng)力循環(huán)的特征有關(guān)，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)的平均值增加時(shí)，其極限幅值就會(huì)降低，反之則提高，因此，如應(yīng)力集中存在著拉伸殘余應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度將降低。

5）對(duì)焊件加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響

    機(jī)械加工把一部分材料從焊件上切除時(shí)，此處的殘余應(yīng)力也被釋放。殘余應(yīng)力原來的平衡狀態(tài)被破壞，焊件發(fā)生變形，加工精度受到影響。

6）應(yīng)力腐蝕開裂的影響

  應(yīng)力腐蝕開裂是拉伸殘余應(yīng)力和化學(xué)腐蝕工作作用下產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象，在一定材料和介質(zhì)的組合下發(fā)生。應(yīng)力腐蝕開裂所需的時(shí)間與殘余應(yīng)力大小有關(guān)，拉伸殘余應(yīng)力越大，應(yīng)力腐蝕開裂的時(shí)間越短。

3、焊接殘余應(yīng)力的控制與消除的方法

鑒于焊接殘余應(yīng)力的不利影響，必須采取措施控制其產(chǎn)生和進(jìn)行部分消除，常用的焊接殘余應(yīng)力控制方法有：利用焊接順序和方法控制焊接殘余應(yīng)力，利用降低結(jié)構(gòu)局部剛度控制焊接殘余應(yīng)力，利用錘擊焊縫區(qū)控制焊接殘余應(yīng)力，利用預(yù)熱控制焊接殘余應(yīng)力，利用“加熱減應(yīng)區(qū)法”控制焊接殘余應(yīng)力，利用高溫回火消除殘余應(yīng)力，利用機(jī)械拉伸法消除焊接殘余應(yīng)力，利用溫差拉伸法消除焊接殘余應(yīng)力，利用超生波振動(dòng)消除焊接殘余應(yīng)力（本文重點(diǎn)），利用爆炸法消除焊接殘余應(yīng)力，焊接接頭的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

其中利用振動(dòng)波振動(dòng)消除焊接殘余應(yīng)力省時(shí)、省力，可以大幅提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，下面就講解下如何利用超生波振動(dòng)消除焊接殘余應(yīng)力。

構(gòu)件承受變載荷應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值，經(jīng)過多次循環(huán)加載后，結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力逐漸降低，即利用超聲波振動(dòng)的方法可以消除焊接殘余應(yīng)力。

超聲波振動(dòng)法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單易操作、成本低、工效高，沒有高溫回火時(shí)的氧化問題，消除應(yīng)力主要在工廠進(jìn)行。

超聲波振動(dòng)是利用金屬在常溫狀態(tài)下的冷塑性特點(diǎn)，結(jié)合高束能對(duì)金屬零件進(jìn)行強(qiáng)化和微小形變處理，機(jī)械加工中通過高束能沖擊原理結(jié)合到機(jī)械各種加工中，實(shí)現(xiàn)微小孔納米級(jí)加工,機(jī)械加工技術(shù)，使金屬零件表面達(dá)到更理想的表面粗糙度、消除殘余應(yīng)力、減少刀具損耗、減少工序和人力開支，同時(shí)在零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高零件表面的顯微硬度、耐磨性及耐腐蝕性，延長疲勞壽命。

高束能是一種包含激光束、電子束、離子束、高頻高束能加工的通稱，由電能轉(zhuǎn)換的、高頻的（頻率是20～100KHZ）、高能量密度的且振幅很小的高束能機(jī)械能和溫度略高于室溫的激活能的復(fù)合能量,通過各種傳遞方式將能量打入金屬組織內(nèi)部改變金屬塑性，從而實(shí)現(xiàn)金屬改性加工，在機(jī)械加工中效率更高、效果正好；解決了機(jī)械行業(yè)加工中諸多機(jī)械問題；可加工HRC65度以下零件，金屬表面光潔度提高3個(gè)等級(jí)以上，一次裝夾光潔度可達(dá)Ra0.02μm超鏡面效果，從而達(dá)到提高工件疲勞強(qiáng)度，消除殘余應(yīng)力的效果。