焊接残余应力及预防措施

焊接残余应力及预防措施

焊接应力与变形、成对孪生、互为因果

1、焊接应力的分类：

    在没有外力的作用下，构件中的焊接应力为自身相互平衡分布的内应力场。

2、残余应力的测量方法：

    通常采用实验力学方法进行构件中的焊接残余应力测量，包括机械方法和物理方法，机械方法一般属破坏性测试，或称应力释放法，在释放应力的同时，用电阻应变片、机械应变仪、光弹法测得其相应的弹性应变量，物理方法多属非破坏性测试，或者是非接触式测试，如X射线法。

3、焊接残余应力的作用和影响：

    焊接残余应力在构件中并非都是有害的，在分析其对结构失效或使用性能可能带来的影响时，应根据不同材料、不同结构设计、不同承载条件和不同运行环境进行具体分析。

（1）、对构件承受静载能力的影响，在塑性良好的构件上，焊接残余应力对承受静载能力没有影响，在塑性差的构件上，当应力值达到抗拉强度Rm后，将发生局部破坏，导致构件断裂。

（2）、对结构脆性断裂的影响，在实际构件中，当高强度结构钢的韧性较低时，在焊接接头处的缺陷（裂纹、未焊透）会导致结构的低应力脆性断裂。

（3）、对疲劳强度影响，焊接拉伸残余应力在疲劳载荷中提高了应力平均值和应力循环特征，从而降低疲劳强度，焊接接头是应力集中区，残余拉应力对疲劳的不利影响也会更明显，提高焊接结构的疲劳强度不仅要着手于降低残余应力，而且应减小焊接接头区的应力集中，避免接头区的几何不完整性和力学不连续性，如去除焊缝余高和咬边，使表面平滑，也可采用不同的工艺措施，改善焊接结构抗疲劳性能，如点状加热、局部锤击或超载处理等。

（4）、对结构刚度的影响，在焊接梁形构件时，当外载的工作应力为拉应力时，将降低结构的刚度，当结构受弯曲时，焊接残余应力对刚度的影响，与焊缝位置有关，焊缝所在部位的弯曲应力越大，则其影响也越大。

    结构上有纵向和横向焊缝时（例如工字梁上的肋板焊缝），或经过火焰校正，都可能在相当大截面上产生拉应力，虽然在构件长度上的分布范围并不太大，但对刚度仍有较大的影响，特别是采用大量火焰矫正后的焊接梁山，在加载时刚度可能有较明显的下降，对于尺寸精度和稳定性要求较高的结构是不容忽视的。

（6）、对应力腐蚀的影响，一些焊接构件工作在有腐蚀性的环境中，尽管外载的工作应力不一定很高，但焊接残余拉应力本身就会引起腐蚀开裂，这是在拉应力与化学反应共同作用下发生的，残余应力与工作应力叠加后拉应力值越高，应力腐蚀开裂的时间越短，为提高构件的抗应力腐蚀性能，应选用特定的环境和工作介质具有良好的抗腐蚀性材料，或对焊接构件进行消除残余应力的处理。

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