減小殘餘應力的工藝措施

正确的設計并不能完全控制殘餘應力，隻有利用正确的工藝方法才是控制應力的重要措施。

一、選擇合理的焊接順序

1．盡可能考慮焊縫能自由收縮對大型的焊接結構來說，焊接應從中間向四周進行，如圖8-8中箭頭所示。因為隻有這樣才能使焊縫由中間向外依次收縮，減小焊接應力。

如圖8-9所示帶肋闆的工字梁，若先進行蓋闆和腹闆的焊接,再焊肋闆和腹闆的焊縫，由于角焊縫的橫向收縮，會在蓋闆和腹闆間角焊縫内造成很大的應力。而按圖中所示順序逐格并兩邊對稱地焊接，使構件能自由收縮，焊接應力就會大大減小。

2.收縮量最大的焊縫應當先焊

一般對焊接結構來說，先焊的焊縫受阻小，故焊後應力較小。而收縮量大的焊縫，容易産生較大的焊接應力，因此構件上收縮量最大的焊縫先焊就可以減小焊接應力。下圖是一個帶蓋闆的雙工字鋼構件，焊件上既有對接焊縫，也有角接焊縫時，應盡量先焊對接焊縫，因為對接焊縫的收縮量較大。

此外在焊接平面上帶有交叉焊縫的接頭，焊接時必須采用保證交叉點部位不易産生缺陷的焊接順序，例如T形焊縫和十字焊縫應按圖8-11所示的順序焊接，才能使橫向收縮比較自由，有助于避免在焊縫的交叉點處産生裂紋。同時焊縫的起弧和收尾也可避開交叉點或雖然在交點上，但在焊接相交的另一條焊縫時，起弧或收尾處事先應被鏟掉。

二、保證焊縫自由收縮

船體或某些容器上，常常要将已有的孔用鋼闆堵焊起來，如圖8-12 (a）所示，這種環焊縫沿着縱向和橫向均不能自由收縮，因此産生很大的焊接應力。在焊縫區特别是在焊第一、二層焊縫時，很容易産生被應力撕裂的熱應力裂紋。這種裂紋産生在溫度下降的過程中，總是沿着薄弱的斷面開裂。克服的方法是将補闆邊緣壓出一定的凹鼓形，如圖8-12(b)所示，焊後補闆由于焊縫收縮而被拉成平直形，起到減小焊接應力、避免産生裂紋的作用。

三、開緩和槽減小應力

厚度大的焊件剛度大，焊接時容易産生裂紋。在不影響結構強度性能的前提下，可以采用在焊縫附近開緩和槽的方法。這種方法的實質是減小結構剛度，盡量使焊縫有自由收縮的可能，圖8-13 (a)所示是-個圓形封頭，需焊補上一塞塊。因鋼闆較厚，又是封閉焊縫，焊後易裂。在這種情況下，可采取在靠近焊縫的地方開緩和槽的方法（圖8-13 (b)）以減小該處的剛度，焊接時可避免裂紋。圖8-14所示是鍛焊結構，鍛制的圓環套在軸上，焊接角焊縫。因為材料是合金鋼，而且很厚，焊接時采用預熱有困難。若采取如圖8-14所示的開緩和槽的方法，則局部預熱容易進行，焊接時可避免産生裂紋。

四、采用冷焊

這種方法的原則是使整個結構上的溫度分布盡可能均勻。即要求焊接部位這個“局部”的溫度應盡量控制得低些，同時這個“局部”在結構這一“整體”中所占的面積範圍應盡量小些。與此同時，結構的整體溫度則越高越好。例如冬季室内比室外好;升溫30 ~40℃的環境溫度比一般室溫好。這是使結構中溫度差别盡可能縮小的一種方法，能有效地減小焊接應力和由此而引起的熱應力裂紋。

具體措施是:

(1）采用焊條直徑較小，焊接電流偏低的參數。

(2)每次隻焊很短的道焊縫。例如鑄鐵焊補時隻焊10~40mm。焊接剛度大的構件，如圖8-12的補闆，每次焊半根到一根焊條，等這道焊縫區域的溫度降到不燙手時才能焊下一道很短的焊縫。

五、預熱法

預熱是指在焊前對焊件的全部(或局部)進行加熱的工藝措施。一般加熱到150~350℃。其目的是減小焊接區和結構整體的溫度差，溫差越小，越能使焊縫區與結構整體盡可能均勻地冷卻，從而減少内應力。對于易裂的焊接材料(中、高碳鋼，合金結構鋼，鑄鐵件等）及焊接或修補剛度較大的焊件常用此法。預熱溫度視金屬材料、結構剛度、散熱情況等的不同而異。

六、敲擊法

焊縫區金屬由于在冷卻收縮時受阻而産生拉伸應力。若在焊後冷卻過程中用手錘或風錘敲擊焊縫金屬，促使焊縫金屬産生塑性變形，能抵消些焊縫的收縮，起到減小焊接應力的作用，這就是敲擊法的原理。實驗證明，敲擊第一層焊縫金屬就能使内應力幾乎全部消除。為防止産生裂紋，應在焊縫塑性較好的熱态時進行敲擊。另外，為保持焊縫的美觀，表層焊縫一般不錘擊。