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1、焊接残余应力的控制与消除孙先锋何志涛秦力张铁华李宇千税曼中建国际建设有限公司、、,摘要:介绍了焊接残余应力产生的原因分布情况产生的影响以及残余应力的控制与消除方法时不同方法的工作原理、适用范围和消应效果进行简要概述。关健词:焊接残余应力;应力消除;一、焊接残余应力产生的原因,,,对构件进行焊接时在焊件上会产生局部高温的不均匀温度场焊接中心处温度可达160℃高温,,,区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长但受到相邻钢材的约束从而在焊件内引起较高的温度应力并在,随时间和温度,。,焊接过程中而不断变化称其为
2、焊接应力焊接应力较高的部位甚至将达到钢材的屈服强度,,。,而发生塑性变形因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力称为焊接残余应力并且在冷却过程中钢材由,,。于不能自由收缩而受到拉伸于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场残余应力是,,、,一种自相平衡的力系当构件承受荷载时如受拉受压等荷载引起的应力将与截面残余应力相,从而使构件某些部位提前达到,,叠加屈服强度并发生塑性变形故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。、二焊接残余应力分布厚度,,不大的焊接结构中残余应力基本上是单向的或双
3、向的厚度方向上残余应力很小。只有在大厚度的焊接结构中,厚度方向上的应力才达到较高的数值。(l)纵向(沿焊缝方向)残余应力。x,一。、。x21长板对接焊后横截面上的分布如图所示低碳钢低合金结构,,。x钢和奥氏体钢焊接结构中焊缝及其附近的压缩变形区内的为拉应力其数值。一般达到焊接材料的屈服点(焊件尺寸过小的除外)(2)横向(垂直焊缝方向)残余应力。y。y由焊缝及其附近塑性变形区的纵向收缩与横向收缩的不同时所引起的应力合成。,,。。y平板对接时焊缝中心截面上的在两端为压应力中间为拉应力,一。一”y22
4、21长板的数值与板的长度尺寸有关如图所示图对接焊后横截2一不同长“y的分图度平板对接时布(3)厚板中的残余应力,,。厚板焊接接头中除纵向和横向残余应力外还存在较大的厚度方向残余应力一。。、厚度为80mm的低碳钢厚板V型坡口多层多道焊焊缝残余应力的分布如图23所示在焊缝根部。,,大大超过屈服点这是由于每焊一道焊缝产生一次角变形在根部多次拉伸塑性变形的累积造成应变硬,。,。化使应力不断上升所致严重时甚至会导致焊缝根部开裂一图23厚板多层多道焊沿厚度上的残余应力分布02a)在厚度上的分布。、b)在厚度
5、上的分布“yc)在厚度上的分布三、焊接残余应力对结构性能的影响,主要表焊接残余应力对结构的影响是不利的现在以下几个方面(1)对结构刚度的影响,。s当外载产生的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点时这一区域的材料就会产生,,,。局部塑性变形丧失了进一步承受外载的能力造成结构的有效截面积减小结构的刚度也随之降低(2)对受压杆件稳定性的影响。s,当外载引起的压应力与残余应力中的压应力叠加之和达到屈服点这一部分截面就丧失进一步承受外载的能力。这就削弱了构件的有效截面面积,并改变了有效截面面积的
6、分布,降低了受压杆件的稳定性。(3)对静载强度的影响没有严重应力集中的焊接结构,,。只要材料具有一定的塑性变形能力残余应力不影响结构的静载强度如材料,,处于脆性状态则拉伸残余应力和外载应力叠加有可能是局部的应力首先达到断裂强度导致结构早期破坏。(4)对疲劳强度的影响。,,。残余应力的存在使便合在的应力循环发生偏移这种偏移只改变其平均值不改变其幅值结构的,当应力循,,。,疲劳强度与应力循环的特征有关环的平均值增加时其极限幅值就降低反之则提高因此如,疲劳强度将降低。应力集中处存在着拉伸残余应力(5)
7、对焊件加工精度和尺寸稳定性的影响,此。,机械加工把一部分材料从焊件上切除时处的残余应力也被释放残余应力原来的平衡状态被破坏焊件发,。生变形加工精度受影响(6)对应力腐蚀开裂的影响应力腐,蚀开裂是拉伸残余应力和化学腐蚀工作作用下产生裂纹的现象在一定材料和介质的组合下发。,,。生应力腐蚀开裂所需的时间与残余应力大小有关拉伸残余应力越大应力腐蚀开裂的时间越短四、焊接残余应力的控制与消除方法,,鉴于焊接残余应力的不利影响必须采取措施控制其产生和进行部分消除常用的焊接残余焊接应力控制方。法有以下几种1.利
8、用焊接顺序和方向控制焊接残余应力。:利用焊接顺序控制残余应力在焊接中应用较为广泛焊接顺序的确定一般遵循以下原则先焊变形收,,,;;缩大的焊缝后焊变形收缩小的焊缝先焊错开的短焊缝后焊直通长焊缝先焊在工作时受力较大焊缝。;后焊工作时受力较小的焊缝对称施焊2.利用降低结构局部刚度控制焊接残余应力,,。,构件刚度大对焊接变形的约束大焊后残余应力则越大因此在条件许可时焊前采取一定的工艺,,。,,,措施将焊接区域的局部刚度降低能有效的降低焊接残余应力例如一圆形封头补焊时需加一塞块一。,,,如图4】所示因封头
