焊接残余应力对焊接结构的影响
焊接技术交流站2020-12-25 14:30
焊接残余应力对焊接结构的影响
1.焊接残余应力对结构静载强度的影响
对于光滑构件，只要材料有足够的塑性，塑性变形可使截面上的应力均匀化，残余应力的存在并不影响构件的承载能力，即对静载强度没有影响；如果材料处于脆性状态或经热处理的材料以及三向应力作用下的材料，由于材料不能塑性变形，构件截面上的应力不能均匀化，残余拉应力与工作应力叠加，使结构局部破坏，导致整个构件断裂。
对于带缺口的构件，由于严重的应力集中，可能同时存在着较高的拉伸内应力。当构件中因其中的某种原因（如温度的下降、变形速度的增加或厚壁断面）受到大的作用引力时，拉伸内应力和严重应力集中的共同作用，将降低结构的静载强度，使之在远低于屈服点的外载应力作用下发生脆性断裂。
2.焊接残余应力对疲劳强度的影响
当试件，特别是试件表面上有压缩残余应力时，可提高疲劳强度。因而，提高焊接结构的疲劳强度，不仅要降低残余拉应力，而且要减少产生接头应力集中的因素如余高过大、角焊缝过于凸起等。另外，采取喷丸、点状加热、超载处理等方式在构件中引入压缩残余应力，可以改善焊接结构抗疲劳性能。
3.焊接残余应力对机械加工精度和尺寸稳定性的影响
如果工件中存在焊接残余应力，机械切削加工在切去部分材料的同时，也会把切去材料中的残余应力一起去掉，从而破坏工件中的应力平衡，使工件产生变形，加工精度也就受到影响。
此外，焊接构件中的残余应力随时间的延长会缓慢变化而重新分布，发生应力松弛。同时，焊件尺寸也产生相应变化，影响到构件的精度和尺寸稳定性。组织稳定的低碳钢和奥氏体钢在室温条件下的应力松弛微弱，因此内应力随时间的变化较小，焊件尺寸比较稳定；而某些高温合金结构钢和高强铝合金，由于不稳定组织随时间而转变，内应力变化较大。
保证机械加工精度的最彻底的办法是先消除焊接残余应力然后再机械加工。
4.焊接残余应力对受压杆件稳定性的影响
当杆件受压时，杆件截面上的压缩残余应力将与外载所引起的应力叠加，使杆件上压应力区先到达屈服极限，该区应力不再增加，从而使该区丧失进一步承受外载能力，相当于削弱了杆件的有效截面，使压杆的临界应力下降，对压杆的稳定性有不利的影响。压杆内应力对稳定性的影响与压杆的截面形状和残余应力的分布有关，若能使有效截面远离压杆的中性轴，可以改善其稳定性。
5.焊接残余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。焊接后的残余应力与工作应力叠加促使焊缝附近很快产生应力腐蚀开裂。因此，对于受腐蚀的结构，采取适当的消除残余应力的措施，是有利于提高抗腐蚀能力的。
6.焊接残余应力对结构刚度的影响
焊接后，焊缝及其附近区域产生拉应力，远离焊缝的区域产生压应力，并且拉应力达到材料的屈服极限。因此，当构件受拉时，该区不能承受负载，相当于有效承载面积减小了，导致刚度有所下降。对于易发生弯曲变形的梁来说，同理使得刚度有所下降，下降的程度与产生的塑性变形区大小和位置有关，焊缝靠近中性轴时对刚度的影响较小。
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