压力容器焊接应力与变形

危害

焊接应力会增加结构工作时的应力，降低承载能力；在存在应力腐蚀的场合，还会加剧应力腐蚀开裂。

焊接变形影响组装质量，矫正变形会增加成本，还要降低塑性。

产生原因

金属材料如果整体均匀加热和冷却，能完全自由膨胀和收缩，则在加热过程中产生变形，不产生应力；冷却后，恢复到原来的形状和尺寸，没有残余变形，也没有残余应力，如下图a所示。

如果在加热和冷却过程中，完全不能膨胀和收缩，这时有焊接残余应力而没有残余变形。

由于焊接是局部加热，在加热和冷却过程中，有一定的刚性约束，如下图b所示，加热时金属受压应力，产生塑性压缩变形；在冷却过程中，由于金属不能完全自由收缩，而受到拉应力，并保存下来，这就是焊接残余应力。

减少和消除焊接应力的措施

⑴设计措施

尽量减少焊缝数量及尺寸；

避免焊缝过分集中与交叉；

采用刚性较小的接头形式；

在拉应力区域，避免几何不连续性。

⑵工艺措施

合理选择焊接顺序和方向(先横后纵)；

锤击焊缝法；

预热法；

热处理法；

采用小线能量焊接。

控制和矫正焊接变形的措施

⑴控制措施

焊前组装时采用反变形法；

刚性固定法；

采用能量集中的焊接方法；

选择合理的装配焊接顺序。

⑵矫正

机械矫正法；

火焰矫正法。