焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響

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1、焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響廣東佛山528255【摘要】闡述了焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及其影響因素，分析了焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)，就如何有效消除焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了深入的探討，為焊接殘余應(yīng)力提供了參考依據(jù)。【關(guān)鍵詞】焊接殘余應(yīng)力；焊接結(jié)構(gòu)；影響鋼材在冷卻和焊接的過(guò)程中，由于收縮、膨脹的速度和程度不同，往往就會(huì)在焊接局部結(jié)構(gòu)處形成很不均勻的溫度場(chǎng)，從而產(chǎn)生塑性變形現(xiàn)象，而這種塑性變形是只有不可逆轉(zhuǎn)性的。在焊接完全冷卻后，殘留在焊件內(nèi)的殘余應(yīng)力則為焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力是焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生脆斷的重要原因，焊接部位材料的有效比例極限會(huì)隨

2、著焊接殘余應(yīng)力的增大而大幅度降低，受壓構(gòu)件的剛度、焊接結(jié)構(gòu)的耐腐蝕能力、抗疲勞能力都會(huì)隨之而降低，另外，焊接殘余應(yīng)力還是焊接結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、變形等缺陷的主要原因。木文就焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行探討。1產(chǎn)生的原因及影響因素一般來(lái)說(shuō)，都是由于焊接結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中受熱不均勻而導(dǎo)致產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力可分為沿厚度方向的焊接殘余應(yīng)力（圖1）、橫向焊接殘余應(yīng)力（圖2）及縱向焊接殘余應(yīng)力（圖3）1.1產(chǎn)生原因而按照發(fā)生的來(lái)源來(lái)分，焊接殘余應(yīng)力可以分為三種類型：一是，比熱容變化產(chǎn)生的組織變化而引起的焊接殘余應(yīng)力，盡管不同的鋼材具有不同的碳含

3、量，但我們必須要充分考慮到平均冷卻速度和相變溫度;二是，直接產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力是焊接殘余應(yīng)力的關(guān)鍵，主要是由冷卻的溫度梯度和不均勻加熱來(lái)決定的；三是，間接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力往往都是在焊接開(kāi)始之前由于焊件加工所導(dǎo)致的。如果焊件在焊接開(kāi)始之前經(jīng)過(guò)了拉拔或者乳剎之后，都會(huì)存在這種應(yīng)力，也會(huì)在焊后的變形中產(chǎn)生附加性影響。1.2影響因素影響焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的影響因素主要有兩種：一是，不冋的焊接熱源模型的影響。焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生和焊接分析的關(guān)鍵性因素就是熱源的輸人類型，不同的熱源模型往往會(huì)導(dǎo)致焊接溫度場(chǎng)分布不同，進(jìn)而造成焊接殘

4、余應(yīng)力分布不同；二是，隨溫度變化的材料力學(xué)性能和熱物理性能的影響。線膨脹系數(shù)（隨溫度變化）往往是決定焊接熱應(yīng)力應(yīng)變的重要參數(shù)，而熱擴(kuò)散率則往往是影響焊接溫度場(chǎng)分布的重要參數(shù)。2對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響焊接過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)不均勻的、局部的冷卻、加熱過(guò)程，焊件內(nèi)部由于受到近縫區(qū)溫度場(chǎng)和焊縫區(qū)溫度場(chǎng)的影響而出現(xiàn)諸多分布不均勻、大小不等的殘余應(yīng)力一應(yīng)變場(chǎng)。焊接結(jié)構(gòu)的工作應(yīng)力與殘余應(yīng)力相互疊加，就會(huì)重新分布?xì)堄鄳?yīng)力，II產(chǎn)生二次變形,這樣就會(huì)對(duì)焊接接頭和焊接結(jié)構(gòu)的高溫蠕變開(kāi)裂能力、抵抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂能力、抗脆斷能力及疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，使得焊接結(jié)構(gòu)的尺、

5、r穩(wěn)定性和剛性也會(huì)降低。焊接構(gòu)件的安全可靠性、結(jié)構(gòu)性能都會(huì)受到焊接殘余應(yīng)力的直接影響，其至還會(huì)對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的形狀尺寸精度、疲勞強(qiáng)度及斷裂特性產(chǎn)生較為不利的影響。（1）焊接殘余應(yīng)力對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的影響腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力的雙重作用下會(huì)使得一些介質(zhì)材料表面出現(xiàn)裂縫，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。而焊接殘余應(yīng)力的存在會(huì)使得腐蝕斷裂加速，拉應(yīng)力加大。（2）焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)剛度的影響外載荷作用+焊接殘余應(yīng)力會(huì)造成應(yīng)力疊加，造成局部應(yīng)力不斷增加,使得焊接結(jié)構(gòu)的材料迅速達(dá)到屈服點(diǎn)，這樣一來(lái)就會(huì)讓焊接結(jié)構(gòu)的剛度和奮效承載面積減小，失去繼續(xù)承載的能力，也不能充分地將

6、材料的塑性性能表現(xiàn)出來(lái)。在實(shí)際的焊接過(guò)程中，火焰校正和焊縫會(huì)產(chǎn)生很大的焊接殘余應(yīng)力，造成結(jié)構(gòu)的冋彈性能不足，不能忽視。(3)焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響焊接殘余應(yīng)力會(huì)造成應(yīng)力荷載在循環(huán)作用過(guò)程中應(yīng)力循環(huán)平均值發(fā)生變化，而極限幅值與應(yīng)力循環(huán)平均值二者之間是反比關(guān)系。因此，在應(yīng)力集中的部位存在拉伸焊接殘余應(yīng)力，那么就會(huì)大幅度降低疲勞強(qiáng)度。隨著應(yīng)力集中系數(shù)的不斷增加，焊接殘余應(yīng)力造成的影響也在不斷地加大。(4)焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接構(gòu)件穩(wěn)定性的影響外荷載與焊接殘余應(yīng)力在焊接過(guò)程的疊加效應(yīng)往往會(huì)重新分布?xì)堄鄳?yīng)力，II產(chǎn)生二次變形，尤其是再加

7、上介質(zhì)溫度，那么會(huì)嚴(yán)重影響到焊接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能和承載能力。3焊接殘余應(yīng)力的消除隨著新技術(shù)、新科技和現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，要求焊接技術(shù)具冇更高的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、品質(zhì)性。因此，需要消除焊接殘余勢(shì)力的影響來(lái)提高焊接技術(shù)。措施如下：(1)利用錘擊焊縫法來(lái)消除焊接殘余應(yīng)力為了減少焊接變形和焊接殘余應(yīng)力，可以在焊縫冷卻的過(guò)程中，用圓頭的小錘頭來(lái)對(duì)焊縫進(jìn)行迅速、均勻地錘擊，這樣也可以讓焊接結(jié)構(gòu)在焊接之后產(chǎn)生塑性延伸變形。(2)預(yù)熱法來(lái)控制焊接殘余應(yīng)力如果焊接構(gòu)件本體上的溫差越大，那么相對(duì)應(yīng)的，焊接殘余應(yīng)力也就變得越大。對(duì)構(gòu)件進(jìn)行焊前預(yù)熱，可以冇效

8、地減慢冷卻速度和溫差大小，從而降低焊接殘余座力。(3)合理選擇焊接順序焊接構(gòu)件如果存在較多的焊縫，那么可以先從錯(cuò)開(kāi)的短焊縫來(lái)施焊，然后再采用跳躍焊接和逐步焊接來(lái)焊接較長(zhǎng)的焊縫，這樣一來(lái)，可以讓焊縫自由收縮，