如何通过设计措施减小焊接残余应用

『壹』 可以减小焊接残余应力和焊接残余变形的设计措施有哪些

采用热处理振动时效豪克能焊接应力消除都能减小焊接应力，防止焊接变形的

『贰』 最常用消除焊接残余应力的方法是将焊件进行焊后

不一定，具体根据工件大小、材质、厚度等因素决定。
工件体积太大，材质不适合热处理要考虑采用调节焊接参数，焊接顺序、焊后敲击、焊后缓冷等措施消除残余应力。

『叁』 防止和减小焊接应力的措施有哪几种

1焊接变形的控制措施

全面分析各因素对焊接变形的影响，掌握其影响规律，即可采取合理的控制措施。

1.1焊缝截面积的影响

焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且是起主要的影响，因此，在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。

1.2焊接热输入的影响

一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。

1.3焊接方法的影响

多种焊接方法的热输入差别较大，在建筑钢结构焊接常用的几种焊接方法中，除电渣以外，埋弧焊热输入最大，在其他条件如焊缝断面积等相同情况下，收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。

1.4接头形式的影响

在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方面等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。

1)表面堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束，而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束，因此，变形相对较小。

2)T形角接接头和搭接接头时，其焊缝横向收缩情况与堆焊相似，其横向收缩值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。

3)对接接头在单道(层)焊的情况下，其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大，在单面焊时坡口角度大，板厚上、下收缩量差别大，因而角变形较大。

双面焊时情况有所不同，随着坡口角度和间隙的减小，横向收缩减小，同时角变形也减小。

1.5焊接层数的影响

1)横向收缩：在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似，因此，收缩变形相对较小。

2)纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，因此，多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。

在工程焊接实践中，由于各种条件因素的综合作用，焊接残余变形的规律比较复杂，了解各因素单独作用的影响便于对工程具体情况做具体的综合分析。所以，了解焊接变形产生的原因和影响因素，则可以采取以下控制变形的措施：

1)减小焊缝截面积，在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下，尽可能采用较小的坡口尺寸(角度和间隙)。

2)对屈服强度345MPA以下，淬硬性不强的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或适当降低预热、层间温度；优先采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。

3)厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。

4)在满足设计要求情况下，纵向加强肋和横向加强肋的焊接可采用间断焊接法。

5)双面均可焊接操作时，要采用双面对称坡口，并在多层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。

6)T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。

7)采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。

8)采用刚性夹具固定法控制焊后变形。

9)采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形，如H形纵向焊缝每米长可预留0.5mm～0.7mm。

10)对于长构件的扭曲，主要靠提高板材平整度和构件组装精度，使坡口角度和间隙准确，电弧的指向或对中准确，以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。

11)在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时，要采取合理的焊接顺序。

12)设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理布置焊缝，除了要避免焊缝密集以外，还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。

2焊接应力的控制措施

构件焊接时产生瞬时内应力，焊接后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是不可避免的现象。

焊接变形的矫正费时费工，构件制造和安装企业首先考虑的是控制变形，往往对控制残余应力较为忽视，常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制变形，与此同时实际上增大了焊后的残余应力。

对于一些本身刚性较大的构件，如板厚较大，截面本身的惯性矩较大时，虽然变形会较小，但却同时产生较大的内应力，甚至产生裂纹。

因此，对于一些构件截面厚大，焊接节点复杂，拘束度大，钢材强度级别高，使用条件恶劣的重要结构要注意焊接应力的控制。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布，其控制措施有以下几种：

1)减小焊缝尺寸：焊接内应力由局部加热循环而引起，为此，在满足设计要求的条件下，不应加大焊缝尺寸和层高，要转变焊缝越大越安全的观念。

2)减小焊接拘束度：拘束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接，尽可能不用刚性固定的方法控制变形，以免增大焊接拘束度。

3)采取合理的焊接顺序：在焊缝较多的组装条件下，应根据构件形状和焊缝的布置，采取先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。

4)降低焊件刚度，创造自由收缩的条件。

5)锤击法减小焊接残余应力：在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。

但根部焊道、坡口内及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜锤击，以免出现熔合线和近缝区的硬化或裂纹。高强度低合金钢，如屈服强度级别大于345MPa时，也不宜用锤击法消除焊接残余应力。

6)采用抛丸机除锈：通过钢丸均匀敲打来抵消构件的焊接应力。

综上所述，在施工过程中，一定要了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和控制措施，以便减少和消除焊后残余应力和残余变形。在实践中不断总结、积累焊接经验，综合分析考虑的各种因素，可以保证工程中的焊接质量

『肆』 焊接残余应力是怎么产生的焊接应力如何消除

焊接残余应力产生条件：

焊件在焊接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限（Yield strength），以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。 这样，焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力。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。

焊接残余应力消除方法：

1. 利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力，焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。

2. 利用预热法来控制焊接残余应力。构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。

3. 利用“加热减应区法”来控制焊接残余应力。焊接时，加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，就能减小焊接应力，这种方法称为“加热减应区法”，加热的部位就称之为“减应区”。

4. 利用高温回火来消除焊接残余应力。由于构件残余应力的最大值通常可达到该种材料的屈服点，而金属在高温下屈服点将降低。所以将构件的温度升高至某一定数值时，应力的最大值也应该减少到该温度下的屈服点数值。如果要完全消除结构中的残余应力，则必须将构件加热到其屈服点等于零的温度，所以一般所取的回火温度接近于这个温度。

5. 整体高温回火 。将整个构件放在炉中加热到一定温度，然后保温一段时间再冷却。通过整体高温回火可以将构件中80%~90%的残余应力消除掉，这是生产中应用最广泛、效果最好的一种消除残余应力的方法。回火时间随构件厚度而定，钢按每毫米壁厚l~2min计算，但不宜低于30min，不必高于3h，因为残余应力的消除效果随时间迅速降低，所以过长的处理时间是不必要的。

6. 局部高温回火 只对焊缝及其局部区域进行加热消除残余应力。消除应力的效果不如整体高温回火，此方法设备简单，常用于比较简单的、刚度较小的构件，如长筒形容器、管道接头、长构件的对接接头等焊接残余应力的消除。

7. 利用温差拉伸法来消除焊接残余应力。温差拉伸法消除焊接残余应力的基本原理与机械拉伸法相同，主要差别是利用局部加热的温差来拉伸焊缝区。

8. 利用振动法来消除焊接残余应力。构件承受变载荷应力达到一定数值，经过多次循环加载后，结构中的残余应力逐渐降低，即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。一种大型焊件使用振动器消除应力的装置。

『伍』 防止和减少焊接残余应力的措施有哪些

1,设计要合理:减少焊缝数量,减少焊缝尺寸,选择合理的坡口,合理安排焊缝位置.
2,工艺措施:反变形,刚性固定法,合理的焊接方法和工艺参数,合理的装配和焊接顺序.
3,焊后热处理,振动时效处理,自然时效处理.
4,焊接时焊工敲击焊缝,保持层间温度等等.具体要看你的工件什么结构和材质.

『陆』 焊接应力有哪些消除方法

为了消除和减小焊接残余应力，应采取合理的焊接顺序，先焊接收缩量大专的焊缝。焊接时适当属降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，以减小残余应力。热处理(高温回火)是消除焊接残余应力的常用方法。

整体消除应力的热处理效果一般比局部热处理好。焊接残余应力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整，例如对压力容器可以采用水压试验，也可以在焊缝两侧局部加热到200℃，造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸，以减小残余应力。

(6)如何通过设计措施减小焊接残余应用扩展阅读：

预防控制：

焊接变形的大小与焊缝的尺寸、数量和布置有关。首先从设计上合理地确定焊缝的数量、坡口的形状和尺寸，并恰当地安排焊缝的位置，对于减少变形十分重要。

在工艺上采用高能量密度的焊接方法和小线能量的工艺参量，例如多层焊对减少焊缝的纵、横向收缩以及由此引起的挠曲和失稳变形是有利的。但多层焊对角变形不利。采用合理的装配、焊接顺序、反变形和刚性固定可以减少焊接变形。

『柒』 如何消除和降低残余应力

利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力

焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。据

利用预热法来控制焊接残余应力

构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。

利用“加热减应区法”来控制焊接残余应力

焊接时，加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，就能减小焊接应力，这种方法称为“加热减应区法”，加热的部位就称之为“减应区”。
利

利用高温回火来消除焊接残余应力

由于构件残余应力的最大值通常可达到该种材料的屈服点，而金属在高温下屈服点将降低。所以将构件的温度升高至某一定数值时，应力的最大值也应该减少到该温度下的屈服点数值。如果要完全消除结构中的残余应力，则必须将构件加热到其屈服点等于零的温度，所以一般所取的回火温度接近于这个温度。
1、整体高温回火 将整个构件放在炉中加热到一定温度，然后保温一段时间再冷却。通过整体高温回火可以将构件中80%~90%的残余应力消除掉，这是生产中应用最广泛、效果最好的一种消除残余应力的方法。
回火时间随构件厚度而定，钢按每毫米壁厚l~2min计算，但不宜低于30min，不必高于3h，因为残余应力的消除效果随时间迅速降低，所以过长的处理时间是不必要的。
2、局部高温回火 只对焊缝及其局部区域进行加热消除残余应力。消除应力的效果不如整体高温回火，此方法设备简单，常用于比较简单的、刚度较小的构件，如长筒形容器、管道接头、长构件的对接接头等焊接残余应力的消除。

利用温差拉伸法来消除焊接残余应力

温差拉伸法消除焊接残余应力的基本原理与机械拉伸法相同，主要差别是利用局部加热的温差来拉伸焊缝区。
温差拉伸法是在焊缝两侧各用一个宽度适当的氧乙炔焰焊炬进行加热，在焊炬后面一定距离，用一根带有排孔的水管进行喷水冷却。氧乙炔焰和喷水管以相同速度向前移动。这就形成了一个两侧温度高(峰值约为200℃)、焊接区温度低(约为100℃)的温度差。两侧金属受热膨胀对温度较低的区域进行拉伸，这样就可消除部分残余应力。据测定，消除残余应力的效果可达50%~70%。

利用振动法来消除焊接残余应力

构件承受变载荷应力达到一定数值，经过多次循环加载后，结构中的残余应力逐渐降低，即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。一种大型焊件使用振动器消除应力的装置。
振动法的优点是设备简单、成本低，时间比较短，没有高温回火时的氧化问题，已在生产上得到一定应用。

爆炸法

通过布置在焊缝附近的炸药带，引爆产生的冲击波与焊接残余应力的交互作用，使金属产生适量的塑性变形，从而消除焊接残余应力的方法，叫焊接残余应力爆炸法。
请采纳。

『捌』 消除焊接残余应力的方法有

有以下：退火炉处理、火焰加温处理、保温炉处理、机械轧制（矫形处理）、自然时效处理（时间较长）等多种消除焊接应力的方式。

『玖』 减少焊接残余应力和焊接残余变形的措施

控制变形及减小消除焊接应力的方法 一、控制焊接变形的方法 1、设计措施
（1）选择合理的焊缝尺寸：
焊缝尺寸增加，变形随之增大，但是过小的焊缝尺寸将降低结构的承载能力，并使焊接接头的冷却速度加快，热影响区硬度增高，容易产生裂纹等缺陷，因此应在满足结构承载能力和保证焊接质量的前提下，随着板的厚度来选取工艺上可能选用的最小的焊缝尺寸。 （2）尽量减少焊缝数量;
适当选择板的厚度，减少肋板数量，从而可减少焊缝和焊接后变形的校正量，如薄板结构件，可用压型结构代替肋板结构，以减少焊缝数量，防止或减少焊后变形。
（3）合理安排焊缝位置：
焊缝对称于焊件截面的中性轴或使焊缝接近中性轴均可减少弯曲变形。 （4）预留收缩余量：
焊件焊后纵向横向收缩变形可通过对焊缝收缩量的估算，在设计时预先留出收缩余量进行控制。
（5）留出装焊卡具的位置：
在结构上留有可装焊夹具的位置，以便在焊接过程中可利用夹具来控制技术变形。
2、反变形法
（1）板厚8～12mm钢板单边V型坡口对接焊，装配时反变形1.5°焊接后几乎无角变形。
（2）工字梁焊后因横向收缩引起的角变形，若采用焊前预先把上、下盖板压成反变形（塑性变形），然后装配后进行焊接，即可消除上、下盖板的焊后角变形。但是上下盖板反变形量的大小主要与该板的厚度和宽度有关，同时还与腹板厚度和热输入有关。
（3）锅炉、集装箱的管接头都集中在上部，焊后引起弯曲变形所以要借用强制反变形夹紧装置，并配以对称均匀加热的痕迹顺序，交替跳焊法这样采用了在外力作用下的弹性反变形再配合以合理的受热的施焊顺序，焊后基本上可消除弯曲变形。
（4）桥式起重机的两根主梁是由左、右腹板和上、下盖板组成的箱型结构的为提高该梁的刚性，梁内设计有大、小肋板，且这些肋板角焊缝大多集中在梁的上部，焊后会引起下桡弯曲变形。但桥式起重机技术要求规定，主梁焊后应有一定的上拱度，为解决焊后变形与技术要求的矛盾，常采用预制腹板上拱度的方法，即在备料时，预先使两块腹板留出上拱度。 3、刚性固定法
焊前对焊件采用外加刚性拘束，强制焊件在焊接时不能自由变形。 （1）焊接法兰时，将两个法兰背对背地固定 可有效地减少角变形。 （2）薄板对接时，在何方四周用压铁，防止薄板焊后产生波浪变形。
在焊后，当外加拘束去除后，焊件上仍会残留稍许变形，但比原来要少得多，该方法会使焊件中产生较大的焊接应力，故对焊后易裂的材料应慎用。 4、选择合理的装焊接顺序
装焊顺序对焊接结构的影响很大。装焊顺序不当，会影响整个工序的顺利进行。
对不对称的焊接结构件，更应注意合理安排顺序。
（1）如工字梁可两人同时焊接。
（2）当回复布置不对称时应该先焊焊缝少的一侧，因为先焊焊缝的变形大，然后再用另一侧多的焊缝引起的变形来抵消先焊焊缝引起的变形，可大为减少整体结构的变形。
（3）长焊缝焊接时，直通焊的变形量最大，这是连续焊接对焊件长时间加热的结果，在可能情况下，应将连续焊改成断续焊，可减少焊缝与母材因受热面的增加而产生塑性变形。 5、散热法
焊接时用强迫冷却的方法将焊接区的热量散走（用喷水冷却法），迫使受热面积大为减小，从而达到减少变形的目的。
如利用散热法可减少焊接变形，但它不适应焊接淬硬性较高的焊件。 6、自重法
如工字梁上部焊缝多于下部焊缝，焊后工字梁将向上弯曲。 如将如工字梁翻身搁置将两支墩点置于两端点，可利用梁的自重弯曲趋势逐渐抵消焊后的弯曲变形，梁在放置一定时间后，将会平直或仅有少量弯曲变形，关键是两支墩点的距离必须选择恰当。 二、防止和减少焊接结构应力的方法 1、选择合理的装焊接顺序
（1）尽可能考虑恢复能自由收缩
1）对大型焊接结构，焊接应从中间向四周进行焊接，只有这样才能使恢复由中间向外依次收缩，减少焊接应力。
2）带肋板的工字钢，若先焊盖板与腹板再焊肋板和腹板的恢复，因角恢复的横向收缩会在盖板与腹板间造成很大的应力，若按顺序从中间逐格、并两边对称焊接使焊件能自由收缩，焊接应力就会大大减少。 （2）、收缩量最大的恢复应先焊
1）先焊的恢复受阻小，故焊后有一定的变形但应力较小。
2）收缩量大的焊缝，容易产生较大的焊接应力。因此焊件上收缩量最大的焊缝先焊可减少焊接应力。若焊件上即有对接焊缝又有角焊缝，应尽量先焊对接焊缝因为对接焊缝的收缩量比较焊缝大。 （3）平面交叉时应先焊横向焊缝
1）在焊缝交叉点会产生较大的焊接应力，若设计不可避免就应采用合理的焊接顺序。
2）T形焊缝和十字焊缝的合理顺序应确保横向焊缝先焊让其自由收缩以减少焊接应力，
注意：起弧点和收弧点应避免在焊缝的交叉点上。 2、选择合理的焊接参数
焊接时，应按焊件的具体情况尽可能采用小直径焊条（焊丝）与较小的热输入，以减少焊件受热范围，从而减少焊接应力。 3、预热法
（1）焊前对焊件的全部（或局部）进行加热，一般为150～350℃，其目的是减少焊接区域整体焊件的温差。温差越小，越能使焊缝区与结构整体均匀冷却，从而减少内应力。
（2）对淬硬倾向较大的材料或修补刚性较大的焊件常用此法。预热温度视金属材料的物理性能、结构刚性、散热条件等具体情况而有所差异。 4、加热“减应区”法
选择焊件的适当部位进行加热使之伸长。加热后再施焊，可使原来刚性大的焊件黄金原来大为减小。它可使焊件焊接区上阻碍接头自由收缩的部位之间温差大为减小，并可均匀冷却与收缩，进行焊接应力。 5、锤击法
（1）焊缝金属因在冷却收缩时受阻而产生拉伸应力，若在焊后冷却过程中用手锤或风动锤敲击焊缝金属，促使焊缝金属产生塑性变形，可抵消一定的焊缝收缩量，起到减小焊接应力的作用。
（2）实践证明：敲击第一层焊缝金属能使内应力几乎全部消除。为防止产生裂纹，应在焊缝塑性较好的热态时进行锤击；但盖面焊缝不宜锤击，因有损焊缝外观。

『拾』 控制焊接残余变形的措施有哪些

工艺措施是指在焊接构件生产制造过程中所采用的一系列措施,将其分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。

1 焊前预防措施

焊前预防主要包括预防变形、预拉伸法和刚性固定组装法。

预变性法或称反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向,在待焊工件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量(反变形量),焊后焊接残余变形抵消了预变形量,使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸。

预拉伸法多用于薄板平面构件,焊接时在薄板有预张力或有预先热膨胀量的情况下进行的。焊后,去除预拉伸或加热,薄板恢复初始状态,可有效地降低焊接残余应力,控制焊接变形。预热的作用在于减小温度梯度,不同的预热温度在降低残余应力的作用方面有一定的差别,预热温度在300℃～400℃时,在钢中残余应力水平降低了30%～50%,当预热温度为200℃时,残余应力水平降低了10%～20%。

刚性固定组装法是采用夹具或刚性胎具将被焊构件尽可能地固定,可有效地控制待焊构件的角变形与弯曲变形等。

2 焊接过程控制措施

焊接过程控制主要方法有采用合理的焊接方法和焊接规范参数,选择合理的焊接顺序以及采用随焊两侧加热、随焊碾压、随焊跟踪激冷等措施。选择线能量较低的焊接方法以及合理地控制焊接规范参数可以有效地防止焊接变形。采用随焊两侧加热、随焊碾压、随焊跟踪激冷等措施可以降低残余应力和减小焊接变形。采用随焊两侧加热,横向应变、纵向应变和最大剪切应变的分布更加均匀,变化更加平缓,起到减小焊接残余应力和变形的作用。随焊碾压法由于设备复杂、使用不便等原因,在生产应用中受到一定的限制,但该方法在提高焊接变形等方面具有理想的效果。随焊激冷法能够显著地降低残余应力和减少焊接变形。

焊接顺序对焊接残余应力和变形的产生影响较大,在采用不同的焊接顺序时,可以改变残余应力的分布规律,但对残余应力整体幅值的降低作用不大,同时该方法对于控制焊接变形有较大的作用,尤其在多道焊中,作用更加明显。

3 焊后矫正措施

当构件焊接后,只能通过矫正措施来减小或消除已发生的残余变形。焊后矫正措施主要分为加热矫正法和机械矫正法。加热矫正法又分为整体加热和局部加热。

整体热矫正是指将整体构件加热至锻造温度以上再进行矫正的方法,可用以消除较大的形状偏差。但是焊后整体加热容易引起冶金方面的副作用,限制了该方法的进一步推广及应用。

局部热矫正多采用火焰对焊接构件局部加热,在高温处,材料的热膨胀受到构件本身刚性制约,产生局部压缩塑性变形,冷却后收缩,抵消了焊后部位的伸长变形,达到矫正目的,火焰加热法采用一般的气焊焊炬,不需要专门的设备,方法简便灵活,因此在生产上广为应用。

此外,还有利用机械力或冲击能等进行焊接变形矫正,包括静力加压矫直法、焊缝滚压法、锤击法等。