什么是焊接應(yīng)力有哪些影響
焊接過程中焊件中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和焊接熱過程引起的焊件的形狀和尺寸變化。那么你對(duì)焊接應(yīng)力了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是焊接應(yīng)力的內(nèi)容，希望大家喜歡!
什么是焊接應(yīng)力
焊接應(yīng)力，是焊接構(gòu)件由于焊接而產(chǎn)生的應(yīng)力。焊接過程中焊件中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和焊接熱過程引起的焊件的形狀和尺寸變化。焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。當(dāng)焊接引起的不均勻溫度場尚未消失時(shí)，焊件中的這種應(yīng)力和變形稱為瞬態(tài)焊接應(yīng)力和變形;焊接溫度場消失后的應(yīng)力和變形稱為殘余焊接應(yīng)力和變形。在沒有外力作用的條件下，焊接應(yīng)力在焊件內(nèi)部是平衡的。焊接應(yīng)力和變形在一定條件下會(huì)影響焊件的功能和外觀，因此是設(shè)計(jì)和制造中必須考慮的問題。
殘余應(yīng)力
焊接殘余應(yīng)力的主要研究內(nèi)容包括應(yīng)力的分布、影響以及消除和調(diào)整的方法。
焊接殘余應(yīng)力的分布 在厚度不大的焊件中，焊接殘余應(yīng)力基本上是平面應(yīng)力，厚度方向的應(yīng)力很小。在自由狀態(tài)下焊接的平板，沿焊縫方向的縱向殘余應(yīng)力[6]X在焊縫及其附近一般為拉應(yīng)力，在遠(yuǎn)離焊縫處則為壓應(yīng)力。對(duì)于低碳鋼和強(qiáng)度不高的低合金結(jié)構(gòu)鋼(屈服強(qiáng)度小于 400兆帕)，焊縫上的殘余應(yīng)力[6]X可達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度[6]S(圖1 [焊縫中縱向殘余應(yīng)力分布]分布" class=image>)。垂直于焊縫方向的橫向殘余應(yīng)力[6]的分布與焊接順序和方向有關(guān)，后焊的區(qū)段一般為拉應(yīng)力，但平板對(duì)接焊時(shí)焊縫兩端的[6]經(jīng)常為壓應(yīng)力(圖2[焊縫中橫向殘余應(yīng)力分]分" class=image>[布])。厚板焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力[6]與焊接方法有關(guān)。電渣焊縫中[6]為拉應(yīng)力。多層焊縫則[6]較低。[6]在厚度上的分布是中心部位最高，逐漸向表面過渡到零。[6]X和[6]在焊縫厚度上的分布也是不均勻的。電渣焊縫中心部位[6]X和[6]的數(shù)值大于表層。 多層焊縫則與此相反，表層應(yīng)力大于中心部位(圖3 [厚板多層焊縫中殘余應(yīng)力在厚度上的分布])。在拘束狀態(tài)下進(jìn)行焊接(如封閉焊縫)時(shí)，則可能在比自由狀態(tài)下大得多的范圍內(nèi)出現(xiàn)較高的拉應(yīng)力[6]X和[6]，因而是更為危險(xiǎn)的內(nèi)應(yīng)力。
由于焊接殘余應(yīng)力受多種因素的影響，在實(shí)際工作中常常需要通過實(shí)驗(yàn)測定殘余應(yīng)力的大小和分布。
影響
焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊件有 6個(gè)方面的影響。①對(duì)強(qiáng)度的影響：如果在高殘余拉應(yīng)力區(qū)中存在嚴(yán)重的缺陷，而焊件又在低于脆性轉(zhuǎn)變溫度下工作，則焊接殘余應(yīng)力將使靜載強(qiáng)度降低。在循環(huán)應(yīng)力作用下,如果在應(yīng)力集中處存在著殘余拉應(yīng)力,則焊接殘余拉應(yīng)力將使焊件的疲勞強(qiáng)度降低。焊件的疲勞強(qiáng)度除與殘余應(yīng)力的大小有關(guān)外,還與焊件的應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力循環(huán)特征系數(shù) [6][min]/[6][max]和循環(huán)應(yīng)力的最大值[6][max]有關(guān)其影響隨應(yīng)力集中系數(shù)的降低而減弱,隨[6][min]/[6][max]的降低而加劇(例如對(duì)交變疲勞強(qiáng)度的影響大于脈沖疲勞),隨[6][max]的增加而減弱。當(dāng)[6][max]接近于屈服強(qiáng)度時(shí)，殘余應(yīng)力的影響逐漸消失。②對(duì)剛度的影響：焊接殘余應(yīng)力與外載引起的應(yīng)力相疊加，可能使焊件局部提前屈服產(chǎn)生塑性變形。焊件的剛度會(huì)因此而降低。③對(duì)受壓焊件穩(wěn)定性的影響：焊接桿件受壓時(shí)，焊接殘余應(yīng)力與外載所引起的應(yīng)力相疊加，可能使桿件局部屈服或使桿件局部失穩(wěn)，桿件的整體穩(wěn)定性將因此而降低。殘余應(yīng)力對(duì)穩(wěn)定性的影響取決于桿件的幾何形狀和內(nèi)應(yīng)力分布。殘余應(yīng)力對(duì)非封閉截面(如工字形截面)桿件的影響比封閉截面(如箱形截面)的影響大。④對(duì)加工精度的影響：焊接殘余應(yīng)力的存在對(duì)焊件的加工精度有不同程度的影響。焊件的剛度越小，加工量越大，對(duì)精度的影響也越大。⑤對(duì)尺寸穩(wěn)定性的影響：焊接殘余應(yīng)力隨時(shí)間發(fā)生一定的變化，焊件的尺寸也隨之變化。焊件的尺寸穩(wěn)定性又受到殘余應(yīng)力穩(wěn)定性的影響。⑥對(duì)耐腐蝕性的影響：焊接殘余應(yīng)力和載荷應(yīng)力一樣也能導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂。
消除調(diào)整
為了消除和減小焊接殘余應(yīng)力，應(yīng)采取合理的焊接順序，先焊接收縮量大的焊縫。焊接時(shí)適當(dāng)降低焊件的剛度，并在焊件的適當(dāng)部位局部加熱，使焊縫能比較自由地收縮，以減小殘余應(yīng)力。熱處理(高溫回火)是消除焊接殘余應(yīng)力的常用方法。整體消除應(yīng)力的熱處理效果一般比局部熱處理好。焊接殘余應(yīng)力也可采用機(jī)械拉伸法(預(yù)載法)來消除或調(diào)整，例如對(duì)壓力容器可以采用水壓試驗(yàn)，也可以在焊縫兩側(cè)局部加熱到200℃，造成一個(gè)溫度場,使焊縫區(qū)得到拉伸，以減小殘余應(yīng)力。
焊接應(yīng)力的影響
對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件
焊接殘余應(yīng)力是構(gòu)件還未承受荷載而早已存在構(gòu)件截面上的初應(yīng)力，在構(gòu)件服役過程中，和其他所受荷載引起的工作應(yīng)力相互疊加，使其產(chǎn)生二次變形和殘余應(yīng)力的重新分布，不但會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性而且在溫度和介質(zhì)的共同作用下，還會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、抗脆斷能力、抵抗應(yīng)力腐蝕開裂和高溫蠕變開裂的能力。
對(duì)結(jié)構(gòu)剛度
當(dāng)外載產(chǎn)生的應(yīng)力δ與結(jié)構(gòu)中某區(qū)域的殘余應(yīng)力疊加之和達(dá)到屈服點(diǎn)fy時(shí)，這一區(qū):域的材料就會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形，喪失了進(jìn)一步承受外載的能力，造成結(jié)構(gòu)的有效截而積減小，結(jié)構(gòu)的剛度也隨之降低。結(jié)構(gòu)上有縱向和橫向焊縫時(shí)(例如工字梁上的肋板焊縫)，或經(jīng)過火焰校正，都可能在較大的截面上產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力，雖然在構(gòu)件長度上的分布范圍并不太大，但是它們對(duì)剛度仍然能有較大的影響。特別是采用大量火焰校正后的焊接梁，在加載時(shí)剛度和卸載時(shí)的回彈量可能有較明顯的下降，對(duì)于尺寸精確度和穩(wěn)定性要求較高的結(jié)構(gòu)是不容忽視的。
對(duì)靜載強(qiáng)度
如果材料是脆性材料，由于材料不能進(jìn)行塑性變形，隨著外力的增加，構(gòu)件中不可能應(yīng)力均勻化。應(yīng)力峰值將不斷增加，直至達(dá)到材料的屈服極限，發(fā)生局部破壞，最后導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件斷裂。脆性材料殘余應(yīng)力的存在，會(huì)使承載能力下降，導(dǎo)致斷裂。對(duì)于塑性材料，在低溫環(huán)境下存在三向拉伸殘余應(yīng)力的作用，會(huì)阻礙塑性變形的產(chǎn)生，從而也會(huì)大大降低構(gòu)件的承載能力。
對(duì)于焊接構(gòu)件，只要構(gòu)件和焊道本身具有較好的塑性變形能力(沒有低溫、動(dòng)荷載等使鋼材變脆的不利因素)，殘余應(yīng)力不會(huì)降低構(gòu)件的靜力強(qiáng)度。因?yàn)橛袣堄鄳?yīng)力的構(gòu)件承受逐漸增大的軸心拉力時(shí)，外荷載引起的拉應(yīng)力將疊加截面的殘余應(yīng)力。在加載過程中，應(yīng)力不斷增加，當(dāng)疊加總應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限fy，構(gòu)件中存在殘余拉應(yīng)力的截而提前進(jìn)入塑性區(qū)，后增長的外荷載僅由截而的彈性區(qū)承擔(dān)，隨荷載的增大，彈性區(qū)減少，塑性區(qū)增大，內(nèi)部應(yīng)力不斷疊加，應(yīng)力發(fā)生重新分布，直至整個(gè)截面上的應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限時(shí)為止。由于截面殘余應(yīng)力為自相平衡應(yīng)力分布，故靜力荷載相等，即殘余應(yīng)力不會(huì)降低構(gòu)件的靜力強(qiáng)度。但是塑性材料在一定條件下會(huì)失去塑性，變成脆性或者構(gòu)件材料塑性較低，殘余應(yīng)力將會(huì)影響構(gòu)件的靜力強(qiáng)度。因?yàn)闃?gòu)件無足夠的塑性變形產(chǎn)生，在加載過程中，應(yīng)力峰值不斷增加，直至達(dá)到材料強(qiáng)度極限后發(fā)生破壞。因而殘余應(yīng)力對(duì)其有影響。
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