残余应力消除的控制措施

      完全消除残余应力是不现实的，但可以通过一系列措施来降低残余应力峰值。控制残余应力的目标是消除残余应力集中和叠加现象，降低应力的峰值并使其均匀分布，从而提高结构的整体承载力、增强结构的安全性。其措施有以下几种：

       1、早期应力循环

       焊接残余应力经常能达到材料的屈服点fy，此时在承受拉应力δ卸载后，其残余应力的峰值由下降为（fy-δ）。如果所加拉应力高达fy，则残余应力完全消失。因此如果构件在早期经受少量的拉应力，则能有效降低残余应力峰值。但是在工程设计中，要想利用这种消除或减小残余应力的好处并不容易。在交付前有意识地通过高应力幅循环荷载消除残余应力，目前只在某些机械行业有所应用，办法是用激振器在工作中产生循环应力是残余应力峰值下降。

      长期实践证明，在科学地选择有效振型，对构件关键部位施加适当应力后，振动时效能有效降低和均化残余应力值，能极好地稳定焊接件特别是异种钢焊接后的尺寸稳定性，在对环状钢结构中,稳定构件形位尺寸更是效果明显。另外，振动时效法具有周期短、效率高、无污染的特点，且不受上件尺寸、形状、重量等限制，已经过大量的上程实践证明，对消除构件焊接残余应力是有明显效果的。

      2、采取合理的焊接顺序

      对大型结构，应从中间向四周进行施焊，使焊缝可以由中间向外依次进行收缩。

      对于平面上的交叉焊缝，应特别注意交叉处的焊接质量。如果接近纵向焊缝的横向焊缝处有缺陷(如未焊透)，则这此缺陷正好位于纵焊缝的拉伸应力场中，会造成三向应力状态。所以要采取保证交叉点部位不易产生缺陷而又能自由收缩的顺序，先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。

      应先焊收缩量最大的焊缝。如果在结构上既有对接焊缝又有角焊缝，就应先焊对接缝，后焊角焊缝。

      应先焊在上作时受力较大的焊缝，使内应力合理分布。在接头两端留出一段翼缘角不焊，先焊受力最大的翼缘对接焊缝，然后再焊腹板对接缝，最后焊翼缘预留角焊缝，这样焊后可使翼缘的对接焊缝承受压应力，而腹板对接缝受拉，角焊缝留在最后焊可以保证腹板对接缝有一定的收缩余地，同时也有利于在焊接对接缝时采取反变形措施以防止产生角变形。基本建设焊接构件一般都比较大，因此十分讲究焊接顺序和施工程序。

      3、间断焊接法

      为降低对焊件的加热程度，减小加热范围，可根据结构具体情况，以间断的方式进行焊接。例如，在对铸铁进行电弧冷焊时，每次只焊一段很短的焊缝，让其冷却到不烫手时再焊下一段，直至全部焊完工作缝。这样焊接区附近的金属始终处在“冷态”中，可减小焊接应力。

      4、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，在深化设计过程中，不应加大焊缝尺寸和余高，要对其焊缝尺寸给予优化，焊缝坡口要合理，尽量采用双面坡口，要转变焊缝越大越安全的观念。

      5、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。如长构件需要拼接板条时，要尽量在自由状态下施焊，不要待到组装时再焊，应按工艺先将其拼接工作完成，再进行组装构件。若组装后再焊，则因其无法自由收缩，拘束度过大而产生很大的应力。

      6、采用补偿加热法

      在构件焊接过程中为了减少焊接热输入流失过快，避兔焊缝在结晶过程中产生裂纹，因此当板厚达到一定厚度时，焊前应对焊缝周边一定范围内进行加热，加热温度视板厚及母材碳当量而定，此即为焊前预热。当构件上某一条焊缝经预热施焊时，构件焊缝区域温度非常高，伴随着焊缝施焊的进展，该区域内必定产生热胀冷缩的现象，而该区域仅占构件截面中很小一部分，此外，部分母材均处于冷却(常温)状态，由此而对焊接区域产生巨大的刚性拘束，造成很大的应力，甚至产生裂纹。若此时在焊缝区域的对称部位进行加热，温度略高于预热温度，且加热温度始终伴随着焊接全程，则上述应力状况将会大为减小，构件变形亦会大大改观。

      7、对构件进行分解施工

      对于大型结构宜采取分部组装焊接，结构各部分分别施工、焊接，校正合格后总装焊接。