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1、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

  對構(gòu)件進(jìn)行焊接時，在焊件上會產(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，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)到屈服強度，并發(fā)生塑性變形，故會嚴(yán)重降低構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)疲勞強度。

2、焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響

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

1）對構(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δs時，這一區(qū)域的材料就會產(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）對靜載強度的影響

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)到斷裂強度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)早期破壞。

4）對疲勞強度的影響

殘余應(yīng)力的存在時結(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，其極限幅值就會降低，反之則提高，因此，如應(yīng)力集中存在著拉伸殘余應(yīng)力，疲勞強度將降低。

5）對焊件加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響

    機械加工把一部分材料從焊件上切除時，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，利用超生波振動消除焊接殘余應(yīng)力（本文重點），利用爆炸法消除焊接殘余應(yīng)力，焊接接頭的設(shè)計優(yōu)化。

其中利用振動波振動消除焊接殘余應(yīng)力省時、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，即利用超聲波振動的方法可以消除焊接殘余應(yīng)力。

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

超聲波振動是利用金屬在常溫狀態(tài)下的冷塑性特點，結(jié)合高束能對金屬零件進(jìn)行強化和微小形變處理，機械加工中通過高束能沖擊原理結(jié)合到機械各種加工中，實現(xiàn)微小孔納米級加工,機械加工技術(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，從而實現(xiàn)金屬改性加工，在機械加工中效率更高、效果正好；解決了機械行業(yè)加工中諸多機械問題；可加工HRC65度以下零件，金屬表面光潔度提高3個等級以上，一次裝夾光潔度可達(dá)Ra0.02μm超鏡面效果，從而達(dá)到提高工件疲勞強度，消除殘余應(yīng)力的效果。