本篇将从焊接工艺的角度出发，分析分析残余应力的成因、影响以及如何控制残余应力。Pn9检测VBA 焊接导致的残余应力，可以说百分之百都是温差造成的。Pn9检测VBA 从开始加热到加热至最高温度再到焊接完成之后降温，无时无刻不存在温差(如图1所示)，沿着焊缝周边当然也会遍布不同程度的残余应力。Pn9检测VBA  Pn9检测VBA
图1 相对焊缝不同位置，温度不同Pn9检测VBA 加热过程中，被加热区域的基材有膨胀趋势，但是因为基材其余部位温度较低不会膨胀，因此相对低温区域，被加热区的膨胀被挤压产生压应力，如图2-上所示。Pn9检测VBA  Pn9检测VBA
图2 温度升高(上)，温度下降(下)Pn9检测VBA 当基材开始熔化，这种情况开始反转，基材熔化导致压应力被完全释放，随着后续焊缝区域逐渐降温，这个时候材料开始硬化、收缩，焊缝周边区域的基材有约束其收缩的趋势，这个时候应力又从0开始以拉应力形式逐渐增大，如图2-下所示。Pn9检测VBA  Pn9检测VBA
图3 焊接过程各个位置的温度、应力Pn9检测VBA 图3模拟的是焊接过程中热源的轨迹，下面我们以图3中C区域为例更细致地聊聊残余应力是如何产生的。Pn9检测VBA 从图1-右和图3-c可以看出来，离热源越近的区域，温度越高。Pn9检测VBA 图2中，热源自下至上移动过程中，靠近热源的区域(以C区域为例)，温度逐渐升高，而随着温度升高，材料的屈服强度降低，伴随而来的就是材料开始受热膨胀。Pn9检测VBA 然而，周边温度较低的区域会限制其膨胀从而产生一定程度的压应力。继续升温会逐渐软化基材，软化程度越高压应力被释放的越彻底，直至基材熔化、压应力完全消除。Pn9检测VBA 热源通过并远离C区域向B区域进发时，C区域的温度逐渐降低，温度降低会导致这部分基材收缩。Pn9检测VBA 刚开始降温时C区域的温度仍然处于高位，这部分材料的屈服强度依然偏低、材质仍然偏软，所以此时其收缩不会受到太大的限制。Pn9检测VBA 不过，随着温度越来越低，材料的硬度、屈服强度也越来越高(抗力越来越大)，周围材料对C区域收缩的牵制(或约束)也越来越大。Pn9检测VBA 从开始升温到降温的整个过程，应力变化与温度关系如图4右半边所示(压应力从0开始慢慢变大又逐渐消失，降温时拉应力从0开始慢慢增大)。Pn9检测VBA  Pn9检测VBA
图4 温度与应力关系Pn9检测VBA 总的来说，焊接导致的残余应力是焊接工艺本身的固有“缺陷”。原因就在于焊接必然伴随着局部升温和降温，在这一升一降的过程中，温差自然而然会导致焊接区域材料体积性的膨胀和收缩，残余应力也就是水到渠成的事情。Pn9检测VBA
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