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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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?jī)?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(cè)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(chǎng),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(zhǎng)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(zhǎng)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(wú)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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