焊接结构生产 教学课件 作者 马世辉 主编 焊接应力与变形第八讲 焊接残余应力.ppt

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1、第八讲焊接残余应力的影响、调节措施、消除措施及测定一、焊接残余应力的影响及影响条件1、焊接残余应力对静载强度的影响分两种情况：（1）研究对象为一光滑构件（2）为带有尖锐缺口构件。今天研究第一种情况，分两种情况具体讨论1）光滑构件为塑性状态时①构件中存在残余应力构件有拉力P时，产生拉应力，产生的应力使构件内部的残余应力分布发生变化，中间部分拉应力不断增加，直至增加至，材料产生塑性变形。两侧压应力减小至零又转为拉应力，拉应力又不断增加直到。这时候整个构件截面应力均匀化了。②构件中无残余应力，则使整个构件截面应力为，所需外力其

2、数值用矩形面积abhi表示。结论：只要材料具有一定的塑变能力，残余应力并不影响构件的静载强度。而材料具有塑性变形能力的条件为切应力的存在。2）光滑构件为脆性状态时随着外力增加，材料内应力不断增加。由于脆性材料不能屈服，直至，材料发生局部破坏，最后导致整个构件断裂2、焊接残余应力对疲劳强度的影响焊接残余拉应力降低材料的疲劳强度，残余压应力提高疲劳强度。3、焊接残余应力对机械加工精度的影响补充一个问题，焊接应力是否长期稳定也可能破坏已加工完毕的尺寸精度。什么意思呢？焊接应力会随时间而发生变化。因此对精度要求较高的构件，为保证

3、构件有较高的精度，应进行消除焊接残余应力再进行机械加工。4、内应力对受压杆件稳定性的影响前面讨论过薄板受压产生局部失稳。在这里讨论受压杆件产生整体失稳的现象。当材料在弹性范围内工作时，失稳的临界应力则显然与成反比。当材料在弹性极限以上工作时，与一些参数有关：如屈服极限，冷作硬化指数等。具体开始讨论。从a图到b图F-则即临界应力降低了，则杆件容易失稳。因此要使杆件不失稳，采取以下措施：（1）图2-123翼板采用气割加工或几块板叠焊，则在翼板边产生拉伸应力，则有效面积远离中性轴，情况比刚才有所好转。（2）实验证明，焊接H形受

4、压杆件，焊接高温回火消除内应力比焊后不热处理的临界应力高20%～30%。必须指出的是：①H形构件当B/δ较大时，也会由于焊接内应力对整体稳定性产生影响。但并不是刚才分析的因素，而是压缩内应力将降低翼板的局部稳定性，局部失稳而引起构件整体失稳。②内应力对整体失稳的影响只在构件一定的长细比（λ30-150）范围内起作用。5、内应力对应力腐蚀开裂的影响应力腐蚀开裂是拉应力和腐蚀介质共同作用下产生裂纹的一种现象。第一阶段：局部腐蚀造成小腐蚀坑，以后又逐渐发展为微小裂纹。第二阶段：在腐蚀作用下，金属从裂纹尖端不断被腐蚀掉，而在拉应

5、力作用下有不断产生新的表面，这些表面又进一步被腐蚀。这样在拉应力和腐蚀介质作用下裂纹逐渐扩展。第三阶段：当裂纹扩展到一临界值，裂纹在应力作用下以极快的速度扩展，造成构件断裂。由应力腐蚀引起的断裂所需的时间与应力大小有关。应力越大，发生断裂所需时间越短，因此，采取适当的消除应力措施是有利于提高防腐蚀能力的。但这并不是唯一措施，如在结构和介质间涂防腐层，选用防腐性较好的材料等等。6、焊接残余应力对结构刚度的影响构件受拉时，如果应力没有达到屈服极限，则构件的伸长与作用力有如下关系P外力；L构件长度；E弹性模量；F构件截面积可以

6、用表示刚度假设构件中心有一条焊缝，其内应力的分布如图所示b区不能再承受负载，而由b区以外来承受，有效面积因此有所缩小。在这种情况下，构件的伸长将为刚度指标比没有内应力情况时小，二、在焊接过程中调节内应力的措施1、采用合理的焊接顺序和方向（1）先焊收缩量比较大的焊缝。（2）先焊工作时受力较大的焊缝。（3）拼板时，应先焊短焊缝（1、2）再焊直通长焊缝，否则短缝的横向收缩受限制产生很大的拉应力。（4）交叉焊缝，应注意交叉处的焊缝质量，假如1末处存在缺陷，则正好置于总焊缝的拉伸应力场中，造成复杂的三轴应力状态。2、在焊接封闭焊缝

7、或其它刚性大，自由度小的焊缝时，可采用反变形法增加焊缝的自由度3、锤击或碾压焊缝每焊一道焊缝，用小手锤锤击焊缝区，使焊缝得到延伸，从而降低内应力。但应保持均匀适度，避免锤击过分产生裂纹。碾压法也可。4、在结构适当部位加热使之伸长三、焊后消除焊接内应力的措施是否消除内应力，用什么方法消除内应力，必须根据生产实践经验、科学实验以及经济效果等方面综合考虑。1、整体高温回火方法是整个焊接结构件加热到一定温度，然后保温一定时间，再冷却。消除的效果取决于：加热温度、保温时间、材料的成分和组织、应力状态。告诉几点结论：（1）同一种材料

8、，回火温度越高，保温时间越长，应力消除的越彻底。（2）热强性好的材料消除内应力所需的回火温度比热强性差的高。（3）在同样的回火温度和时间下，单轴应力比三轴应力消除效果好。（4）回火保温时间目前生产中按厚度确定，厚度越大，保温时间越长。（5）回火处理的费用与回火时间长短有关。在结构尺寸不大时，一般在加热炉中进行，但结构