金屬結構經焊接方法加工后，由于構件冷卻不均勻，會在其內部產生焊接殘余應力，且殘余應力的峰值往往達到或超過材料本身的屈服極限。即使是能量集中、焊接速度很高的激光焊接也不例外。焊接構件在投入使用時，載荷引起的工作應力與其內部的殘余應力相疊加，會導致焊接構件產生二次變形和焊接殘余應力的重新分布，從而降低焊接構件的剛性和尺寸穩定性；焊接構件在殘余應力、工作溫度和工作介質的共同作用下，還將嚴重影響焊接結構和焊接接頭的疲勞強度、抗脆斷能力、抗拉應力開裂以及高溫蠕變能力。因此，對強度和精度要求都很高的航空焊接結構來說，研究其焊接殘余應力的具體分布狀態顯得尤為重要。

本次研究采用盲孔法對SUS304不銹鋼激光焊拉型接頭進行殘余應力測試，探索其分布規律，旨在為T型接頭激光焊接結構的工程應用提供參考。

測試試件及測試儀器

研究采用的材料為SUS304不銹鋼。該合金具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械性能，沖壓彎曲等熱加工性好。T型接頭筋板尺寸為200mm*100mm*2mm，腹板尺寸為200mm*100mm*2mm。焊前筋板和腹板都要經過機械打磨，以除去試板表面的油污和氧化皮。

儀器采用JHMK殘余應力測試系統，由JHYC靜態應變儀和JHZK鉆孔儀組合而成。應變花靈敏系數為2.07±1%。

殘余應力測試方法

試驗在常溫下進行，應變花用502膠水進行貼片，等應變片固化5-6h后進行打孔，鉆孔直徑為1.5mm。在T型接頭的背面測量出距焊縫中心為3、6、10、15、20、25、30、35mm處的殘余應力。鉆孔停鉆后，每隔10min記錄一次數據，待數據穩定后，取幾次數據的平均值作為測試結果。

殘余應力測試數據分析

T型接頭的殘余應力分布

試件1采用線能量為52.8KJ/m（p=2200W，v=2.5m/min）進行焊接，焊后進行殘余應力測試。從測試結果看，在熔合線附近，縱向殘余拉應力和橫向殘余拉應力都較大，縱向殘余拉應力達到123MPa，橫向殘余應力達到62MPa。在遠離焊縫區域情況下，縱向殘余應力和橫向殘余應力都迅速減小，距離焊縫中心17mm處，縱向殘余應力開始壓應力。

試件2采用線能量為48KJ/m（P=2000W，v=2.5m/min）進行焊接。在距離焊縫中心3mm處，縱向殘余應力達到142MPa，距離焊縫5mm處開始出現壓應力。距離焊縫15mm外，殘余應力分布趨于平緩。

從試件1和試件2的殘余應力分布可看出，二者的縱向殘余拉應力*大值都超過了材料屈服強度的1/2，結構在服役過程中，自身縱向殘余拉應力與外力疊加極易導致結構因屈服而失效；而其橫向殘余應力在60MPa左右，遠低于材料的屈服強度，因此奧氏體激光焊接T型接頭殘余應力以縱向殘余拉應力為主。由于激光焊接能量密度大、焊接速度快、奧氏體不銹鋼導熱系數低，導致焊縫兩側和母材之間形成了很大的溫度梯度。大的溫度梯度和自身較大的熱膨脹系數導致其殘余應力分布梯度較大。

線能量對T型接頭殘余應力分布的影響

焊接熔池在冷卻過程中，由于低溫區金屬對高溫區金屬有一個阻礙作用，使平衡焊縫金屬的熱收縮受阻產生拉應力，而此時焊縫金屬的熱收縮受阻產生拉應力，且此時焊縫金屬溫度處于力學熔點，所以產生了拉伸塑性變形；當焊縫金屬冷卻至彈性溫度以內時，產生了彈性拉伸應變和拉伸應力。拉伸塑性應變*大值在熔合線處，此處的殘余拉應力也*大。比較試件1和試件2的焊接工藝參數和殘余應力分布規律，可看出，隨著焊接線能量的增加，縱向殘余拉應力峰值降低，而橫向殘余應力峰值升高。

結論

1. 盲孔法測量薄板殘余應力，根據理論公式可直接計算釋放系數A、B，這樣可避免因標定A、B系數而引入的誤差，從而使測量結果更準確。

2. 不銹鋼激光焊接T型接頭焊縫區域的殘余應力以縱向拉應力為主，橫向殘余拉應力相對較小。隨著焊接線能量的增大，*大縱向殘余拉應力減小，橫向殘余拉應力增大。T型接頭總體應力分布趨勢與對接接頭焊接殘余應力分布規律類似。

3. 從測量結果可看出，不銹鋼激光焊接T型接頭的縱向殘余拉應力*大值都超過了材料屈服強度的1/2，可能影響焊接接頭的力學性能，所以焊后應采取相應的消應力措施，以降低殘余應力對結構的不利影響。