摘要：南非威特沃特斯兰德大学的科研人员报道了碳钢焊接残余应力研究综述：形成机制、缓解策略与先进焊后热处理技术研究进展。相关论文以“A comprehensive review of residual stresses in carbon steel welding:
长三角G60激光联盟导读
南非威特沃特斯兰德大学的科研人员报道了碳钢焊接残余应力研究综述：形成机制、缓解策略与先进焊后热处理技术研究进展。相关论文以“A comprehensive review of residual stresses in carbon steel welding: formation mechanisms, mitigation strategies, and advanced post-weld heat treatment techniques”为题发表在《The International Journal of Advanced Manufacturing Technology》上。
残余应力是影响碳钢焊接接头服役性能、可靠性与耐久性的关键因素。这些应力会使接头易发生脆性断裂、疲劳失效和应力腐蚀开裂，尤其在热影响区（HAZ）更为显著。焊接过程中不均匀的热膨胀与收缩导致残余应力产生，板材越厚、结构约束越强，残余应力问题越突出。焊后热处理（PWHT）通过回火马氏体组织、细化微观结构、改善韧性和延展性等力学性能，对缓解残余应力具有重要作用。本文系统阐述了残余应力的形成机制，评估了PWHT技术的有效性，并重点介绍了中子衍射、计算建模和复合焊接工艺等先进方法。尽管PWHT能显著降低残余应力，但完全消除应力仍无法实现，这凸显了复合焊接工艺、计算建模和先进热处理等创新策略的必要性。本研究将冶金原理与实验成果相结合，为高要求工业应用中的焊接接头性能提升与可靠性优化提供了系统解决方案。
图1宏观尺度与微观尺度残余应力示例。宏观应力产生于材料不同区域之间，微观应力则存在于材料微观结构的不同相之间
图2激光焊接工艺示意图
图3激光-电弧复合焊接工艺示意图
图4热影响区（HAZ）及其子区域示意图，叠加了焊接或热切割过程中该区域微观结构转变的相关相图
图5铁碳平衡相图，标注了不同热处理工艺的温度区间
图6粗晶热影响区（CGHAZ）显微组织：(a)焊接接头；(b)热处理后；(c)焊接接头EBSD分析；(d)热处理接头EBSD分析
图7A516钢焊接接头不同区域的光学显微组织：(a)母材；(b)熔合线；(c)热影响区；(d)熔合区
图8不同焊后热处理条件下焊接接头各区域的SEM显微照片
图9采用不同焊接参数并实施焊后热处理后的熔合区形貌
图10未进行焊后热处理的焊接熔合区形貌
图11未采用焊后热处理的焊接熔合区裂纹形貌
图12不同焊后热处理状态下的焊缝金属光学图像：(a)焊态；(b)应力消除；(c)正火处理
图13不同焊后热处理状态下热影响区的光学图像：(a)焊态；(b)应力消除；(c)正火处理
图14不同焊后热处理状态下母材的光学图像：(a)焊态；(b)应力消除；(c)正火处理
图15标注区域的扫描电子显微镜（SEM）显微照片
本综述系统研究了残余应力与焊后热处理对碳钢焊接接头微观组织演变、力学性能及耐腐蚀性的影响，相关发现为深入理解这些作用机制提供了重要依据。
尽管取得了一些进展，当前残余应力管理技术仍面临成本高、工艺复杂和可扩展性不足等瓶颈，亟需开发创新性、经济高效且环境可持续的解决方案。
未来研究需重点突破的关键方向，通过以下建议可提升碳钢焊后热处理工艺的效能、可靠性与优化水平，进而显著增强焊接构件在工业应用中的质量与性能表现：
• 焊接参数优化：通过精确调控热输入、焊接速度及接头几何形状等参数，有效降低残余应力水平，减少热变形与应力集中缺陷，提升焊缝完整性；
• 先进PWHT技术开发：针对特定材料和应用需求定制热处理方案，通过可控加热/冷却循环实现马氏体回火、降低氢含量及组织均匀化，改善抗疲劳性能；
• 先进应力检测技术应用：将中子衍射、X射线衍射与计算建模纳入标准焊接实践，通过精确应力表征与预测分析制定数据驱动的应力缓解策略；
• 复合焊接技术推广：发挥激光-电弧复合工艺在降低残余应力梯度、缩小热影响区和均匀应力分布方面的优势，提升工业应用的效率与经济性；
• 标准化体系构建：建立融合计算建模、实验验证与PWHT实践的标准化框架，确保不同材料与应用场景下残余应力控制效果的一致性与可重复性；
• 绿色制造技术研究：开发节能焊接与焊后处理工艺以响应全球可持续发展倡议，包括降低焊接碳足迹、探索可循环材料及采用循环经济模式。
论文链接：
Falodun, O., Oke, S. & Bodunrin, M. A comprehensive review of residual stresses in carbon steel welding: formation mechanisms, mitigation strategies, and advanced post-weld heat treatment techniques. Int J Adv Manuf Technol 136, 4107–4140 (2025). https://doi.org/10.1007/s00170-025-15088-8
长三角G60激光联盟陈长军转载
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来源：江苏激光联盟