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核心機制：溫度調控下的 “內應力釋放三階段”
去應力退火的本質是通過 “加熱升溫 - 保溫擴散 - 緩冷穩(wěn)定”，為金屬原子提供 “運動能量”，使內應力通過 “塑性變形” 與 “原子擴散” 兩種方式釋放，具體過程分為三個階段，且每個階段均需適配大型焊接件的結構特性：
階段 1：加熱升溫 ——“軟化金屬，降低應力門檻”
將大型焊接件緩慢加熱至去應力退火溫度（通常為 550-650℃，約為母材熔點的 0.4-0.5 倍，如 Q345 鋼去應力溫度 580-620℃），此階段的核心作用是 “降低金屬屈服強度，為應力釋放創(chuàng)造條件”：
溫度與屈服強度的關系：金屬的屈服強度隨溫度升高而顯著下降（如 Q345 鋼常溫屈服強度約 345MPa，600℃時降至 100-120MPa），當加熱至去應力溫度時，焊接區(qū)的殘余拉應力（通常 200-300MPa）會超過此時的屈服強度，使金屬進入 “塑性變形狀態(tài)”—— 原本因拘束無法自由收縮的焊接區(qū)，可通過微小的塑性流動（如晶界滑移、位錯運動）緩解應力；
大型件的升溫控制關鍵：需采用 “階梯式升溫”（升溫速率 50-100℃/h，壁厚＞50mm 時降至 30-50℃/h），避免工件內外溫差過大（控制內外溫差≤50℃）：若升溫過快，工件外層受熱膨脹快，內層膨脹慢，會產生 “新的熱應力”（與原有殘余應力疊加，可能導致開裂）；例如 200mm 厚的壓力容器殼體，從室溫升至 600℃需 10-12 小時，確保內外溫度同步升高，不額外增加應力負擔。
階段 2：保溫擴散 ——“原子運動，實現應力均勻化”
當工件整體溫度達到去應力退火溫度后，進入保溫階段（保溫時間根據工件厚度與應力水平確定，通常為 2-4h/100mm 壁厚，如 100mm 厚的車架焊接件需保溫 2-4 小時），此階段是內應力釋放的核心，通過 “原子擴散” 與 “組織穩(wěn)定” 實現應力均勻化：
原子擴散緩解應力：高溫下金屬原子的熱運動能量顯著提升，可突破晶界阻礙進行擴散 —— 焊接區(qū)因冷卻收縮產生的 “晶格畸變”（內應力的微觀表現），會通過原子擴散逐漸恢復正常晶格結構：例如焊縫中心的 “過飽和空位”（焊接冷卻快導致原子排列不規(guī)整），會向應力較低的母材區(qū)擴散，晶格畸變程度降低，宏觀內應力隨之釋放；
應力重新分布與松弛：保溫過程中，焊接區(qū)的高應力會通過 “塑性變形” 向低應力區(qū)傳遞，最終實現整體應力均勻化：大型焊接件的應力集中區(qū)（如焊縫熔合線、角焊縫根部），會通過晶界滑移產生微小塑性變形，將局部過高的應力（如 300MPa）降至 100MPa 以下，且應力分布從 “局部集中” 變?yōu)?“整體均勻”；
組織穩(wěn)定輔助去應力：部分低碳鋼或低合金鋼焊接件，在保溫階段還會發(fā)生 “析出相變”（如滲碳體從鐵素體中析出），相變過程中原子的重新排列可進一步消除組織應力，同時穩(wěn)定金相組織（避免后續(xù)冷卻時因組織變化再次產生應力）。
階段 3：緩冷穩(wěn)定 ——“抑制應力再生，鎖定釋放效果”
保溫結束后，需采用緩慢冷卻（冷卻速率 20-50℃/h，至 300℃以下可自然冷卻），核心目的是 “避免冷卻過程中重新產生熱應力”，確保已釋放的內應力不會因溫度變化再次積聚：
緩冷與應力再生的關系：若冷卻過快，工件外層冷卻收縮快，內層冷卻收縮慢，會像焊接時一樣產生 “新的熱應力”，抵消之前的去應力效果；緩冷可使工件內外溫度同步下降，收縮均勻，無額外應力產生；
大型件的緩冷控制關鍵：對于體積龐大、壁厚不均的工件（如風電塔筒），需采用 “爐內緩冷” 或 “覆蓋保溫棉緩冷”：爐內緩冷通過逐步降低爐溫（每小時降 30-50℃），確保工件溫度隨爐溫同步下降；若為露天退火（如超大型車架），需在工件表面覆蓋硅酸鋁保溫棉，減緩散熱速度，避免局部快速冷卻；
最終應力狀態(tài)：緩冷至室溫后，大型焊接件的殘余內應力可降低 60%-80%（如原本 250MPa 的焊縫拉應力，降至 50-100MPa），且應力分布均勻，后續(xù)加工或服役時不易因應力釋放導致變形或開裂。