焊接變形及焊接殘余應(yīng)力問題的解決

電弧焊在焊接結(jié)構(gòu)的制造中有泛的應(yīng)用，但由于電弧焊本身的特點，一些焊接缺陷，如焊接變形、焊后殘余應(yīng)力等很難避免，使焊接變形、焊接殘余應(yīng)力問題成為急需關(guān)注的問題。

在許多場合下，由于工件體積很大，通常的熱處理降低焊接變形和殘余應(yīng)力的工藝，難以實施，甚至不可采用：在焊縫較多的場合，焊縫沖擊、錘擊工藝實施的效率又太低。只有不斷創(chuàng)新發(fā)展新技術(shù)才能很好的解決焊接變形、焊接殘余應(yīng)力問題。

上海磁浮軌道交通線，在制造過程中也遇到焊接變形和殘余應(yīng)力控制問題。該交通線長31公里，用長3米的軌道粱螺栓連接而成，全線需要軌道梁2萬多根。軌道梁為箱型，全焊接結(jié)構(gòu)，為防腐蝕，鋼材表面噴鋁保護(hù)。制造過程對焊接變形和殘余應(yīng)力的控制要求非常高，以防止焊后的加工或應(yīng)用中由于殘余應(yīng)力的釋放而產(chǎn)生超差變形。由于表面的噴鋁保護(hù)層不允許破壞，因此，采用焊后熱處理工藝降低變形和殘余應(yīng)力的方法不能應(yīng)用，須采用其他方法消除焊接殘余應(yīng)力，保持軌道梁的尺寸穩(wěn)定性。

寶鋼300噸轉(zhuǎn)爐的制造中也遇到消應(yīng)力問題。轉(zhuǎn)爐體在焊后要消除殘余應(yīng)力，而轉(zhuǎn)爐體積龐大，主體高11米，*大直徑8.6米，兩條環(huán)焊縫總長54米，據(jù)估算，如果整體用電加熱法進(jìn)行熱處理，需要寶鋼全廠停產(chǎn)，單獨供熱處理用電，這在實際生產(chǎn)中很難實施，局部熱處理的方法又有可能產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力。

采用非熱處理的方法消除焊接殘余應(yīng)力、防止焊接變形在許多場合下有廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)外眾多學(xué)者研究了附加外場注入技術(shù)對焊接質(zhì)量的影響，包括焊縫超聲沖擊、焊縫錘擊，以及爆炸法、機械振動處理法降低殘余應(yīng)力。采用鉆孔法測量焊縫及近縫區(qū)的殘余應(yīng)力；而機械振動外場作用對焊接變形、殘余應(yīng)力、焊縫組織等的影響研究尤其引人矚目。

機械振動外場作用改善焊接質(zhì)量的研究主要有兩方向內(nèi)容，其一是在結(jié)構(gòu)焊接過程中施加機械振動場，改善焊縫凝固的組織，降低焊接殘余應(yīng)力，這一過程叫機械振動焊接或振動焊接。其二為外加的機械振動場對焊后結(jié)構(gòu)作用，以改變構(gòu)件殘余應(yīng)力分布，改善結(jié)構(gòu)質(zhì)量，這一過程叫振動時效。

振動時效是指對加工后（包括焊接、鑄造、冷擠壓等）的工件，施加機械振動作用，以降低工件中殘余應(yīng)力的峰值和改善殘余應(yīng)力分布，保持工件尺寸的穩(wěn)定，提高工件運行質(zhì)量，由于振動時效可在加工現(xiàn)場進(jìn)行，處理時間短（一般10-30分鐘一次），能量消耗少，工藝簡單，無環(huán)境污染，因此受到國內(nèi)外焊接工作者的重視，工程應(yīng)用比較廣泛。振動焊接，又叫振動調(diào)質(zhì)焊接，是在普通焊接工藝基礎(chǔ)上，增加穩(wěn)頻穩(wěn)幅輔助機械振動，以細(xì)化焊縫晶粒，并改善焊接變形和焊接殘余應(yīng)力。