二手焊管机组的焊管应力按产生区域不同，可分为成型应力、焊接应力和定径应力，它们相互影响；其中，焊接应力对焊管性能的影响最显著。

焊接应力形成机制

高频焊接的一个显著特点是，焊接能量高度集中在一个细窄狭长的区域内。焊接过程中，待焊管坯边缘、焊缝、热影响区和母材被不均匀加热，加热时段焊缝及其附近升温最快，温度最高，热影响区以外的管体升温较慢、较低；而在冷却时段，同样是焊缝与热影响区降温强度最大，但与升温强度比起来要弱。由此造成焊缝部位与管体其他部位热胀冷缩程度不同，焊管势必要产生与各部位温度相应的应变。可是，由于焊缝、热影响区与母材是一个整体，相互关联，相互制约，不能自由地伸长与缩短，伸长与缩短均部分受阻，形成内应力与应变，综合作用的结果是，焊缝部位纵向在冷却过程中发生急剧收缩，而中底部虽然也收缩，但收缩量相对焊缝部位小很多，致使焊管整体呈现沿焊缝向上弯曲。

焊接应力分类

焊管焊接应力按其产生原因可分为温度应力、相变应力和残余应力。

温度应力：就高频直缝焊管而言，温度应力包括纵向温度应力与横向温度应力两类

（1）纵向温度应力：又称纵向热应力，与焊缝方向平行，是由管体焊接时受热不均和焊后冷却不均引起的，故焊管纵向热应力有两种表现形态，一是焊接热应力，二是冷却热应力。

①焊接热应力产生的过程。待焊管坯边缘被加热后，在高频电流邻近效应作用下，焊接电流（热量）高度集中到待焊管筒很窄的两边缘，待焊边缘及热影响区的温度迅速升高，实现焊接，焊缝部位也因受热而胀长；与此同时，其他部位升温较慢且低；这种胀长受到温度变化没有这么大的其他部位阻碍，不能自由地伸展。因此，焊缝部位就受到纵向压缩，产生压应力；同时其他部位因阻碍伸长而产生拉应力。如果焊接后没有约束，则刚出挤压辊的管端在热涨应力作用下会迫使焊管呈现下弯状态，当冷却后它会回复原状。这种应力是在没有外力作用下发生并存在于管体金属内部的，且可以在管体中保持平衡，从而构成了一对相互平衡的内应力。它们大小相等，方向相反。在焊管生产过程中，焊缝部位受热产生的纵向增长量的确被压缩了。这恰好解释了冷却后的焊管为什么总是呈现上翘。

②冷却热应力产生的过程。根据二手焊管机组生产工艺，必须对焊接后的焊管进行快速冷却，焊缝部位温度因之急速降低，则焊缝部位因冷却欲收缩，而这种收缩同样要受到温度变化慢的其他部位阻碍以及轧辊约束，不能自由地缩短。因此，焊缝部位就受到拉伸，产生拉应力；同时其他部位因阻碍伸长而产生压应力。可是，倘若在焊管冷却过程中没有纵向约束，则在加热焊接阶段隐藏于焊缝部位的纵向压缩量在此就体现出来——焊管沿焊缝方向上翘。

（2）横向温度应力。在焊缝冷却过程中，还要受横向温度应力作用，其方向与焊缝垂直，当焊缝部位急速冷却时，必然欲横向收缩，可是，母材以及成型横向残余应力必然会阻止这种收缩，因而焊缝部位就受到横向拉应力作用，焊缝附近部位则受到横向压应力作用。作为例证，我们可以将焊管沿焊缝熔合线切开，则立刻可见部位的缝隙陡增。

相变应力：金属管材受热焊接和冷却时，焊缝部位的金属会发生相变，体积会发生膨胀或缩减，而周围金属会阻碍其体积发生变化，这样在金属内部就产生了应力，并称之为相变应力。如在焊管焊缝形成与冷却过程中，焊缝部位至少会发生“固相→液相→固相”的变化，其间必然要产生相应的相变应力。

残余应力：在焊管焊接过程和冷却过程中，其所产生的的内应力超过管材屈服极限时，焊缝部位发生塑性变形；当焊管整体温度恢复到原始温度后，就产生新的内应力并残存于管体中，这个新的内应力就是残余应力；与残余应力相对应的是残余应变。如在冷却水套中的焊管，离开挤压辊和定径辊的束缚后，管体就会沿焊缝方向向上翘曲；而焊管沿焊缝方向向上翘曲的形态说明，焊缝部位存在较大的残余纵向压应力，焊缝背面存在较大的残余拉应力，并且，残余压应力大于残余拉应力。

实际上，残存于焊管横断面的横向拉应力对焊管危害更大，它直接威慑焊缝安全，特别当这种残余应力与管坯横向成型时所产生的残余应力叠加后，破坏性就更大。如正在服役的输油管道，焊缝（包括纵焊缝和环焊缝）及热影响区会在瞬间发生破裂事故。研究证实，这些破裂事故大多是一种远低于管材屈服强度的断裂，而且断裂具有突然性，很难预防。

消除焊缝残余应力的措施

（1）矫直

通过矫直机的矫直，可以“打乱”焊管原有残余内应力带倾向性的分布，使残余拉应力和压应力在重新分布的过程中部分被相互抵消。另外，焊管在被矫直辊周向旋转的过程中，焊管横向内应力在矫直辊径向力作用下也得到重新分布的机会，同样是朝着减小的方向实现新的平衡。

（2）退火

包括焊缝局部退火与焊管整体退火两种，前者能够大幅度消除焊缝纵、横向应力，后者则能够完全消除焊管生产过程中残存于管体内的内应力，效果最好，但后者成本高。

（3）时效

将管在室温下放置一段时间，管中的内应力会慢慢实现自我平衡。如机械加工行业中的大中型机床床身，轧机机架等，都必须经过时效处理，目的就是消除这些构件的内应力。

（4）合理调校定径轧辊

此举既能增加焊缝横向压应力同时削减焊缝横向拉应力，又可实现焊管纵向应力的再平衡。

一般消除二手焊管机组制管时出现焊缝残余应力就要采用矫直、退火、时效、合理调校定径轧辊的方法。