1H412033 焊接应力与焊接变形及其控制

　　焊接残余应力和变形，会对焊接构件的承载力和构件的加工精度造成影响。应从设计、焊接工艺、焊接方法、装配工艺等方面着手，采取相应的措施以降低焊接残余应力和减小焊接残余变形。本条主要知识点是：焊接应力与变形产生机理;焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施;焊接变形的危害性及预防焊接变形的措施。

　　一、焊接应力与变形产生机理

　　(一)焊接应力

　　焊接过程中由于温度场的变化及焊件间的约束，在焊缝及附近区域产生的应力称为焊接应力。焊接过程中产生的应力超过材料的弹性极限，以致冷却后在焊件中留有未能消除的应力称为焊接残余应力。

　　(二)变形产生的机理

　　焊接热输入引起材料局部加热，使焊缝区熔化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，受压产生变形。在冷却过程中，已发生变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又拉伸而产生变形。与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩也产生了相应的收缩拉应力和变形。这种随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为瞬态应力与变形。在室温条件下，焊后残留于构件中的内应力场和宏观变形称为焊接残余应力与焊接残余变形。

　　二、焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施

　　(一)焊接残余应力的危害

　　影响构件承受静载能力;造成结构脆性断裂;影响结构的疲劳强度;影响结构的刚度和稳定性;应力区易产生应力腐蚀和开裂;影响构件精度和尺寸的稳定性。

　　1.对结构刚度的影响

　　当外部载荷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_步承受外部载荷的能力，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

　　当外部载荷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部载荷的能力。这就削弱了构件的有效截面积，并改变了有效截面积的分布，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。反之，如材料处于脆性状态，则拉伸残余应力和外部载荷应力叠加有可能使局部区域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

　　残余应力的存在使变载荷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。结构的疲劳强度与应力循环的特征有关，当应力循环的平均值增加时，其极限幅值就降低，反之则提高。因此，如应力集中处存在着残余应力，疲劳强度将降低。

　　5.对焊件加工精度和尺寸稳定性的影响

　　把一部分材料从焊件上机械切除时，此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共同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。

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