焊接應力的控制及消除

1、焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 1. 1.對靜載強度的影響對靜載強度的影響 只要材料有足夠的延性，能夠進行塑性變形，只要材料有足夠的延性，能夠進行塑性變形， 內(nèi)應力的存在不影響構件的承載能力，對強度內(nèi)應力的存在不影響構件的承載能力，對強度 無影響。無影響。 如果材料處于脆性狀態(tài)時，應力達到強度極如果材料處于脆性狀態(tài)時，應力達到強度極 限時，構件將發(fā)生局部破壞，最后導致構件斷限時，構件將發(fā)生局部破壞，最后導致構件斷 裂。裂。 三、焊接殘余應力對焊接接頭的影響三、焊接殘余應力對焊接接頭的影響 焊接殘余應力焊接殘余應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 2.2.殘余應力對疲勞強度的影響殘余

2、應力對疲勞強度的影響 在疲勞節(jié)段專門進行講解。在疲勞節(jié)段專門進行講解。 3.3.殘余應力對機械加工精度的影響殘余應力對機械加工精度的影響 機械加工后，原內(nèi)應力的平衡打破，機械加工后，原內(nèi)應力的平衡打破， 工件將產(chǎn)生變形。工件將產(chǎn)生變形。 焊接殘余應力焊接殘余應力 機械加工引起內(nèi)應力釋放和變形機械加工引起內(nèi)應力釋放和變形 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 4.4.殘余應力對受壓桿件的影響殘余應力對受壓桿件的影響 波浪變形是構件由于內(nèi)應力產(chǎn)生構件局部失穩(wěn)波浪變形是構件由于內(nèi)應力產(chǎn)生構件局部失穩(wěn) 造成。造成。 當桿件的長細比當桿件的長細比（大于（大于150),150),失穩(wěn)臨界應力失穩(wěn)臨界應力

3、本來就低本來就低, ,或內(nèi)應力較低時或內(nèi)應力較低時, ,外載應力與殘余應力外載應力與殘余應力 之和在失穩(wěn)之前未達到屈服極限之和在失穩(wěn)之前未達到屈服極限, ,殘余應力對穩(wěn)定殘余應力對穩(wěn)定 性不會產(chǎn)生影響。性不會產(chǎn)生影響。 焊接殘余應力焊接殘余應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 當桿件的當桿件的較小較小( (小于小于30),30),相對偏心又不大相對偏心又不大 （小于（小于0.10.1），其失穩(wěn)臨界應力主要取決于桿件的全），其失穩(wěn)臨界應力主要取決于桿件的全 面屈服，內(nèi)應力也不致產(chǎn)生影響。面屈服，內(nèi)應力也不致產(chǎn)生影響。 對翼緣寬厚比較大的對翼緣寬厚比較大的H H型截面，壓縮殘余應力型截面，壓

4、縮殘余應力 將降低翼緣的局部穩(wěn)定性。將降低翼緣的局部穩(wěn)定性。 局部失穩(wěn)可能造成桿件整體失穩(wěn)。局部失穩(wěn)可能造成桿件整體失穩(wěn)。 焊接殘余應力焊接殘余應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 5.5.殘余應力殘余應力11對剛度的影響對剛度的影響 構件中存在與外力方向一致的殘余應力構件中存在與外力方向一致的殘余應力1 1 ， 而而1 1數(shù)值又達到屈服極限，則在外力作用下，剛數(shù)值又達到屈服極限，則在外力作用下，剛 度將降低，而且卸載后構件的原尺寸也不能復員。度將降低，而且卸載后構件的原尺寸也不能復員。 6.6.殘余應力對應力腐蝕（開裂）的影響殘余應力對應力腐蝕（開裂）的影響 焊接接頭區(qū)域往往比其他部位

5、的腐蝕速度快，焊接接頭區(qū)域往往比其他部位的腐蝕速度快， 就是因為該區(qū)域存在著較大的焊接殘余應力。就是因為該區(qū)域存在著較大的焊接殘余應力。 在拉應力和腐蝕介質共同的作用下引起材料在拉應力和腐蝕介質共同的作用下引起材料 產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象稱為應力腐蝕。產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象稱為應力腐蝕。 焊接殘余應力焊接殘余應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 四、減小焊接殘余應力的措施四、減小焊接殘余應力的措施 1.1.設計措施設計措施: :設計上減小焊接應力的設計上減小焊接應力的核心核心：正確布置焊縫，正確布置焊縫， 以避免應力疊加。以避免應力疊加。 1 1）盡量減少結構上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸。）盡量減少結構上焊縫

6、的數(shù)量和焊縫尺寸。 2 2）避免焊縫過分集中，焊縫間應保持足夠的距離。）避免焊縫過分集中，焊縫間應保持足夠的距離。 焊接殘余應力焊接殘余應力 3 3）采用剛性較小的接頭形式。）采用剛性較小的接頭形式。 容器接管焊接容器接管焊接減小接頭的剛性措施減小接頭的剛性措施 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 帶蓋板的雙工字梁結構焊接順序帶蓋板的雙工字梁結構焊接順序 2. 2. 工藝措施工藝措施 1 1） 采用合理的裝配焊接順序和方向。采用合理的裝配焊接順序和方向。 在一個平面上的焊縫，焊接時，應保證焊縫在一個平面上的焊縫，焊接時，應保證焊縫 的縱向和橫向收縮均能比較自由。的縱向和橫向收縮均能比較自由。

7、 拼接焊縫合理的裝配焊接順序拼接焊縫合理的裝配焊接順序 收縮量最大的焊縫應先焊。收縮量最大的焊縫應先焊。 焊接殘余應力焊接殘余應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 工作時受力最大的焊縫應先焊。工作時受力最大的焊縫應先焊。 焊接殘余應力焊接殘余應力 對接工字梁的焊接順序對接工字梁的焊接順序 平面交叉焊縫焊接時，在焊縫的交叉點易產(chǎn)生較大平面交叉焊縫焊接時，在焊縫的交叉點易產(chǎn)生較大 的焊接應力。的焊接應力。 平面交叉焊縫的焊接順序平面交叉焊縫的焊接順序 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 焊接殘余應力焊接殘余應力 對接焊縫與角焊縫交叉的結構。對接焊縫與角焊縫交叉的結構。 2 2）預熱法。）預

8、熱法。 3 3）冷焊法。）冷焊法。 4 4）降低焊縫的拘束度。）降低焊縫的拘束度。 降低局部剛度減少內(nèi)應力降低局部剛度減少內(nèi)應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 焊接殘余應力焊接殘余應力 5 5）加熱）加熱“減應區(qū)減應區(qū)”法。法。 加熱加熱“減應區(qū)減應區(qū)”法示意圖法示意圖 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 五、消除殘余應力的措施五、消除殘余應力的措施 扭曲共振法 彎曲共振法 殘余應力的交變應力來消除部分振動法：利用振動產(chǎn)生 機械拉伸法 熱）兩側壓應力區(qū)域局部加熱塑性法（在焊接接頭 織與性能）高溫回火（改變金相組 . 2 . 1 . 4 . 3 . 2 . 1 注：振動法的優(yōu)點，從應力

9、消除效果看，振動法比用同注：振動法的優(yōu)點，從應力消除效果看，振動法比用同 樣大小的靜載拉伸效果好，且具有設備簡單，價廉，樣大小的靜載拉伸效果好，且具有設備簡單，價廉， 處理成本低，時間短，無高溫回火的金屬氧化問題等處理成本低，時間短，無高溫回火的金屬氧化問題等 優(yōu)點。優(yōu)點。 焊接殘余應力焊接殘余應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 六、焊接殘余應力的測定六、焊接殘余應力的測定 1.1.應力測定方法的分類應力測定方法的分類 按其對結構的是否破壞來分按其對結構的是否破壞來分 按測試原理分按測試原理分 無損法 半破壞法 全破壞法 . 3 . 2 . 1 射線法 應力釋放法 X. 2 . 1 焊

10、接殘余應力焊接殘余應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 應力釋放法應力釋放法 原理原理：利用構件在機加工后應力部分釋放，：利用構件在機加工后應力部分釋放， 回產(chǎn)生變形來重新分布應力來達到平衡，回產(chǎn)生變形來重新分布應力來達到平衡， 利用應力應變關系來求出應力。屬于此法利用應力應變關系來求出應力。屬于此法 的的有切條法，車削法，刨削法，套孔法，有切條法，車削法，刨削法，套孔法， 小孔法小孔法。 焊接殘余應力焊接殘余應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 1.1.切條法切條法：將待測焊件劃分幾個區(qū)域，在：將待測焊件劃分幾個區(qū)域，在 各區(qū)待測點上貼應變片或加工機械引申各區(qū)待測點上貼應變片或加

11、工機械引申 計的標距孔然后測原始讀數(shù)，然后切斷，計的標距孔然后測原始讀數(shù)，然后切斷， 然后在讀數(shù)根據(jù)然后在讀數(shù)根據(jù) 可以算可以算 出應力。出應力。 XX E 焊接殘余應力焊接殘余應力 2.2.車削法車削法： 此法多用于測圓柱零件此法多用于測圓柱零件 堆焊后的殘余應力分布。堆焊后的殘余應力分布。 切條法測殘余應力切條法測殘余應力 車削法測殘余應力車削法測殘余應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） 3.3.小孔法小孔法：是應力破壞性最小的一種，：是應力破壞性最小的一種， 原理是：在應力場中鉆一個小孔，應原理是：在應力場中鉆一個小孔，應 力平衡受到破壞，鉆孔周圍的應力重力平衡受到破壞，鉆孔周圍的

12、應力重 新調整，測得孔附近的應變片的變化，新調整，測得孔附近的應變片的變化， 可用彈性力學推算小孔處的應力。可用彈性力學推算小孔處的應力。 焊接殘余應力焊接殘余應力 小孔法測內(nèi)應力小孔法測內(nèi)應力 4.4.套孔法套孔法：采用套料鉆或管形電火花：采用套料鉆或管形電火花 加工環(huán)形孔來釋放應力，在孔內(nèi)預先加工環(huán)形孔來釋放應力，在孔內(nèi)預先 貼上應變片，可以算出表面殘余應力貼上應變片，可以算出表面殘余應力 ，切削深度為，切削深度為0.6-0.8D0.6-0.8D，破壞性不，破壞性不 大。大。 套孔法測內(nèi)應力套孔法測內(nèi)應力 焊接結構生產(chǎn)與管理（焊接應力與變形） X X射線衍射法射線衍射法 原理原理：晶體在應力的作用下，：晶體在應力的作用下， 原子間距發(fā)生變化，其變化原子間距發(fā)生變化，其變化 與應力大小成正比，當用與應力大小成正比，當用X X射射 線，以掠角線，以掠角 入射到晶體表入射到晶體表 面時，如果面時，如果 能滿足能滿足2dSin 2dSin =n =n ，則，則X X射線在反射方向射線在反射方向 因干涉而加強因干涉而加強 缺點缺點： 用設備昂貴對被測表面要求高，所 只能測表面應力 . 2