多种焊接残余应力消除方法的对比分析

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焊接过程中，若焊接件的焊接位置受到不均匀加热，则焊接件将产生塑形変形及接残余应力。焊接余应力会降低接件的服役性能，不仅影响焊接件的形状和尺寸精度，还会降低其抗疲芳强度和抗腐蚀能力。

焊接残余应力是产生变形和开裂的主要原因。焊后消除焊接残余应力的方法较多，例如：焊后热处理、爆炸、激光超声波、锤击深处理振动逆焊接温差处理等方法。本文主要闻述这几种方法的优缺点。

焊后热处理(简称PWHT)

焊后热处理是焊后消除焊接残余应力的主要方法。焊后热处理是指将焊接件整体或局部加热到A1相点以下的适当温度并保温一段时间，然后再缓慢冷却，以达到消除焊接残余应力的目的。除了部分超高强度钢及部分特殊要求的部件焊后采用调质处理，奥氏体不锈钢采用固溶处理外，大部分结构钢的焊后热处理是指退火处理。

优点

（1）、降低热影响区的硬度。焊后热处理温度越高。热影响区的软化效果越好，但温度太高会使强度降低，所以热处理加热温度和保温温度要控制恰当。

（2）、释放焊接位置中的氢。及时恰当地进行焊后热处理，实质上是脱氢处理，可以防止出现氢致裂纹。

（3）、提高抗腐蚀能力。焊接件腐蚀的原因是由于拉应力和腐蚀介质。这两个只要缺少个就不会使焊接件产生腐蚀裂纹。

（4）、影响焊接件的强度。焊后热处理可以消除焊接残余应力、降低硬度和含氢量，使焊接件的脆性断裂强度、变强度及抗腐蚀开裂能力都有所提高。

缺点

（1）、改善疲劳性能不明显。影响疲劳强度的主要原因是应力集中，造成应力集中的原因有表面粗糙、未焊透、焊别裂纹不、合理的结构设计等。因此，一般情況下焊后热处理不会改善焊接件的疲劳性能。

（2）、影响焊接件的再热脆化。由于焊接件会有碳化物形成元索的沉淀析出或杂质元素的偏聚，再热脆化好发生在后热处种理的温度范围，所以一定要注意焊后热处理带来的再热脆化问题。

（3）、影响焊接件的再热裂纹。再热裂纹通常在 600℃左右最为显著，正好在焊后热处理的温度范围。因此，焊后热处理加热温度的选择既要避免产生再热裂纹又要较好地消除焊接件的残余应力。

（4）、影响焊接件缺口的韧性。焊后热处理可使低、中强度结构钢焊接件的焊接接头的淬硬组织退火并软化，消除焊接残余应力，减少脆性，提高塑性和韧性。但是，对于调质高强度钢，如果焊后热处理加热温度超过原调质回火温度时，会失去调质效果，使强度和韧性下降。

（5）、成本较高，操作不方便，较难控制消除残余应力的效果。

爆炸处理

爆炸处理是以爆炸方式消除焊接残余应力的新技术，近年来国内外应用较多。通过覆盖在焊缝及其附近焊接区表面的特种炸药爆轰造成的冲击波和残余应力的交互作用，使焊接件产生适量的塑性变形，从而消除焊接件的残余应力。研究证明，爆炸处理不仅可以消除焊接区的残余拉应力，还可以根据需要造成一定的残余压应力。

优点

①不受焊接件的尺寸限制，方便灵活，消除残余应力的效果明显。②提高了焊接件的尺寸稳定性。③明显提高了焊接结构抗应力腐蚀能力。④提高了焊接件的疲劳强度。⑤提高焊接件的抗脆断能力。⑥降低焊接件的残存缺陷的危险性。⑦爆炸过程中没有热脆现象。⑧适用于特殊青况下的处理，例如∶退火无法解决的异种钢、不锈钢、梁等长细结构的焊后消除残余应力的处理。

缺点

爆炸处理采用的炸药有一定的危险性，一定要妥善保管。爆炸处理如果药量不当或者炸药布置不合理就可能造成焊接件的宏观变形、炸伤、消除焊接残余应力不明显等不良后果。

激光处理（简称 LSP）

激光处理是利用强脉冲激光产生的应力波在焊接件焊接区域产生塑性变形，在微观上表现为高密度位错与栾晶，在宏观上表现为显微硬度的提高并获得残余压应力的一项新技术。

优点

激光处理与传统处理方法比较，有不损坏试样表面、高效、灵活、无污染、非热、非接触性等特点，可快速高效地对需要强化而难以用其它技术进行强化的局部区域进行处理。激光处理能够抑制处理区域疲劳裂纹的萌生和扩展，降低裂纹扩展速率，提高疲劳寿命。

缺点

如果激光处理不能全部覆盖焊接区域，就会造成改善疲劳性能不明显或不均匀的现象。由于这个原因，我们国内也在不断地研制和开发新的激光处理设备。

超声波处理（简称 UIT）

超声波处理是利用超声波冲击焊接件焊接区域以达到消除焊接残余应力，改善焊接件性能的一种技术。

优点

超声波处理相对传统方法有投资少、处理时间短、效率高、方便、节约能源、无污染等特点。超声波处理消除薄壁件的焊接残余应力的效果非常理想，不仅能够降低残余应力，而且还会减少焊接位置应力集中、提高焊接处疲劳强度、抑制焊接裂纹，减小变形、稳定构件尺寸。