焊接內(nèi)應(yīng)力及調(diào)控措施

1、國際焊接學(xué)會授權(quán)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)國際焊接學(xué)會授權(quán)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu) 哈爾濱焊接技術(shù)培訓(xùn)中心哈爾濱焊接技術(shù)培訓(xùn)中心 Harbin Welding Training Institute 國際焊接工程師培訓(xùn)課程國際焊接工程師培訓(xùn)課程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body焊接內(nèi)應(yīng)力及調(diào)控措施焊接內(nèi)應(yīng)力及調(diào)控措施吉林大學(xué)吉林大學(xué) 李桂中李桂中IIW Authorised Training Body 1、導(dǎo)論、導(dǎo)論 圖1 a）氣焊和 b）電弧焊溫度場的分布（板厚為5mm） 焊接的熱效應(yīng)導(dǎo)致焊件內(nèi)產(chǎn)生焊接

2、內(nèi)應(yīng)力，不同焊接工藝在焊接部位產(chǎn)生 不同形狀的溫度場。該溫度場的溫度變化區(qū)間為從金屬的熔點(diǎn)（鋼為1500） 至室溫（約為20）。 圖1 為氣焊和電弧焊溫度場的分布情況。 IIW Authorised Training Body 焊接熱過程中，溫度場是動態(tài)變化的。等溫線也是逐漸擴(kuò)展的。工件上某一點(diǎn)處的溫度也是隨時改變著的。習(xí)慣上把該點(diǎn)溫度隨時間的變化規(guī)律稱為該點(diǎn)的焊接熱循環(huán)曲線（如圖2所示）。 不同時間、不同位置、有不同的溫度！必將產(chǎn)生不同的熱變形，甚至膨脹和收縮也不同步。這種不均勻、不同時、不同步的熱變形，就會導(dǎo)致工件內(nèi)部的相互拘束，因此就會導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力及熱塑性變形的產(chǎn)生。 最終還會導(dǎo)致殘余應(yīng)力

3、和殘余變形。Tt 圖2 工件上某一點(diǎn)處的熱循環(huán)曲線 焊接溫度場的整體描述： T = f（x，y，z，t） 即焊接溫度場是時間和 空間的函數(shù)。IIW Authorised Training Body溫度場的整體描述 橫看成嶺縱呈峰； 遠(yuǎn)近溫升各不同； 等溫環(huán)線有疏密； 最終回歸熱平衡。 IIW Authorised Training Body 圖3 自由延伸自由收縮 圖3屬于自由狀態(tài)，即鋼棒加熱時能自由延伸；冷卻時又可自由收縮，最終恢復(fù)到原始長度。在整個過程中不存在變形阻力，更不會產(chǎn)生任何塑性變形。因此鋼棒內(nèi)在熱循環(huán)過程中不存在任何內(nèi)應(yīng)力。 一組小試件均勻加熱和冷卻的變形循環(huán)與分析（1）無拘束條

4、件IIW Authorised Training Body 圖4 自由延伸限制收縮 圖4屬于自由延伸限制收縮狀態(tài)，即鋼棒在加熱過程中可自由延伸；而在冷卻時其收縮卻受到剛性限制剛性限制，這樣冷卻后在鋼棒內(nèi)將產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于該材料的抗拉強(qiáng)度時，導(dǎo)致鋼棒斷裂。 （2）自由延伸-限制收縮IIW Authorised Training Body 圖5 限制延伸自由收縮 圖5屬于限制延伸自由收縮狀態(tài)下，鋼棒受熱時不能自由延伸而產(chǎn)生壓應(yīng)力，隨著加熱溫度的提高，屈服極限隨之下降，并導(dǎo)致“鍛粗”，即產(chǎn)生壓縮塑性變形。在冷卻時卻對鋼棒的收縮沒有限制，已產(chǎn)生的“鍛粗”部位不能恢復(fù)原態(tài)，故鋼棒最終將變短，但不

5、存在殘余應(yīng)力。 （3）限制延伸-自由收縮IIW Authorised Training Body（3）（3）限制膨脹限制膨脹 特征：特征：e 0， T 自由收縮自由收縮 特征：特征： e T T, T ,e, T, T ,e,a）TMAXTS= 100 b) TMAX= 300 |max| s ,p= 0 |max|s 無殘余應(yīng)力與殘余變形！ | p max| = 2 s t0 t1 t2100200300有殘余變形，無殘余應(yīng)力！t0 t1 t2 t3 t4 IIW Authorised Training Body 圖6 限制延伸限制收縮 圖6屬于限制延伸限制收縮狀態(tài)，即加熱時鋼棒的延伸受到限

6、制，產(chǎn)生壓應(yīng)力，隨著溫度的增加，鋼棒的屈服極限下降，直至產(chǎn)生“鍛粗”，壓應(yīng)力隨之減小。在冷卻時，鋼棒收縮受到限制，導(dǎo)致在鋼棒內(nèi)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力 。甚至產(chǎn)生較大的拉伸塑性變形?。? 4）限制延伸限制延伸- -限制收縮限制收縮IIW Authorised Training Body（2）剛性拘束剛性拘束 特征：特征：e 0， T T, T ,e,T, T ,e,a）TMAXTS= 100 b) TMAX= 300 |max| s ,p= 0 |max|s 無殘余應(yīng)力與殘余變形！ | p max| = 2 s t0 t1 t2+100200300有殘余應(yīng)力，無殘余變形！IIW Authorised

7、Training Body2 2、拉伸試驗與溫度的關(guān)系、拉伸試驗與溫度的關(guān)系 圖7表示了碳鋼在不同溫度下進(jìn)行拉伸試驗的特征曲線變化趨勢。 圖7 材料特性值與溫度的關(guān)系（1碳鋼 2低合金鋼） IIW Authorised Training Body 3. 3. 焊接內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生及分布焊接內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生及分布 3.1 典型鋼棒內(nèi)應(yīng)力的分析 將一鋼棒固定在剛性結(jié)構(gòu)上后加熱（如圖8所示），由于鋼棒的延伸受到限制，則在鋼棒內(nèi)將產(chǎn)生壓應(yīng)力。 圖8 固定鋼棒所產(chǎn)生的壓應(yīng)力 IIW Authorised Training Body 鋼棒：材料S235（Re=235N/2） 長度=100 t=60/80/100/

8、120t=60 =151N/2 t=80 =201N/2t=100 =252N/2 t=120 =302N/2 圖9為一端固定的鋼棒。將鋼棒加熱到1500（理論上），隨著溫度的升高，鋼棒的抗變形能力下降，出現(xiàn)延伸及墩粗。當(dāng)冷卻到室溫時，鋼棒縮短了2%，該2%即為鑄造時所考慮的收縮量。 Et Elltll,00圖9 一端固定的鋼棒 0.001IIW Authorised Training Body圖10 二端固定的鋼棒 圖10為二端固定的鋼棒。加熱及冷卻過程如上述一樣，當(dāng)冷卻至室溫時，鋼棒將被拉長大約2% （其中一部分為塑性的，一部分為彈性的）。由彈性部分導(dǎo)致了殘余應(yīng)力,即拉應(yīng)力。根據(jù)平衡原理，

9、在固定鋼棒的剛性結(jié)構(gòu)中也有應(yīng)力存在。 IIW Authorised Training Body 3.2 3.2 焊件內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生和分布焊件內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生和分布 平板側(cè)面堆焊和平板對接焊縫焊接過程中的溫度分布如圖11所示。 圖11 側(cè)面堆焊和平板對接焊溫度分布圖 從圖7可分析到鋼的屈服極限在0500時，金屬基本是一個常數(shù)，當(dāng)溫度升至500以上時，發(fā)生陡降，當(dāng)溫度達(dá)到600時，接近于零。說明此時金屬幾乎處于完全塑性狀態(tài)完全塑性狀態(tài)，在很小的外力作用下即可以產(chǎn)生塑性變形塑性變形。 sssIIW Authorised Training Body 3.2.1 縱向應(yīng)力產(chǎn)生的原因 金屬在加熱時的伸長量與溫度

10、成正比（自由狀態(tài)下）。我們假設(shè)被焊鋼板是由無數(shù)可以自由伸縮的小板條組成，在焊接過程中，它們由于各自受熱情況不同，將按溫度分布情況伸長；同時在冷卻時，各小板條又將收縮回原處，這樣就不會有內(nèi)應(yīng)力出現(xiàn)。然而我們假設(shè)的小板條之間是互相聯(lián)系的，互相牽制的。因此，焊接時，溫度高伸長大的板條就受到溫度低伸長小的板條拘束（產(chǎn)生壓縮塑性變形）；而溫度低伸長小的板條又會受到溫度高伸長大的板條拉伸。因此，高溫部分就會產(chǎn)生壓應(yīng)力，而低溫部分就會產(chǎn)生拉應(yīng)力。 當(dāng)焊件冷卻時，由于焊縫及近縫區(qū)壓縮塑性變形的存在，就會產(chǎn)生較大的收縮量。根據(jù)平面假設(shè)原理，這部分壓縮塑性變形區(qū)會被拉伸，產(chǎn)生拉應(yīng)力，焊件低溫區(qū)則產(chǎn)生壓應(yīng)力。 II

11、W Authorised Training Body具體分析1) TMAX TS 的最高溫度狀態(tài)的最高溫度狀態(tài)T假象狀態(tài)假象狀態(tài) 實際狀態(tài)實際狀態(tài) 平面變形平面變形 各自獨(dú)立各自獨(dú)立|max | s TeIIW Authorised Training Body 冷卻終了： 由于由于TMAX TS ，故內(nèi)部變形故內(nèi)部變形 s ； 單元體內(nèi)部單元體內(nèi)部沒有塑性變形沒有塑性變形，即，即p 0； 單元體內(nèi)每個小窄條處于單元體內(nèi)每個小窄條處于完全彈性狀態(tài)完全彈性狀態(tài)。 因此，加熱循環(huán)結(jié)束后，單元體因此，加熱循環(huán)結(jié)束后，單元體沒有沒有 任何殘余變形，任何殘余變形，最終恢復(fù)到原始狀態(tài)。最終恢復(fù)到原始狀態(tài)。

12、所以，單元體內(nèi)部也所以，單元體內(nèi)部也沒有任何殘余應(yīng)力沒有任何殘余應(yīng)力！具體分析IIW Authorised Training Body 2) TMAX TS具體分析s|max | s p 加熱狀態(tài)加熱狀態(tài)冷卻終了冷卻終了中心受壓，兩邊受拉中心受壓，兩邊受拉 中心受拉，兩邊受壓中心受拉，兩邊受壓ee IIW Authorised Training Body2.1.12 長板條中心焊接試件分析長板條中心焊接試件分析 提示： 1. 加熱最高溫度遠(yuǎn)超過加熱最高溫度遠(yuǎn)超過T TP P; ; 2. 最大塑性變形最大塑性變形P P遠(yuǎn)超過遠(yuǎn)超過s； 因此，因此， 應(yīng)力分布圖出現(xiàn)新的變化；應(yīng)力分布圖出現(xiàn)新的變化

13、； 殘余應(yīng)力的峰值將達(dá)到殘余應(yīng)力的峰值將達(dá)到s 。IIW Authorised Training Body加熱至最高溫度時的應(yīng)力分布加熱至最高溫度時的應(yīng)力分布 長板條中心焊接長板條中心焊接+加熱至最高溫度狀態(tài)加熱至最高溫度狀態(tài)seT P特點(diǎn):應(yīng)力場兩邊受拉,中部受壓;總體平衡！中心區(qū)中心區(qū)應(yīng)力為零;壓縮塑性變形最大；外觀變形平移伸長；材料處于三種狀態(tài)： a）彈性狀態(tài)； b）彈塑性狀態(tài)； c）完全塑性狀態(tài)。IIW Authorised Training Body冷卻至室溫的應(yīng)力分布圖 殘余應(yīng)力分布Pe 冷卻終了：冷卻終了：兩邊受壓，中心受拉；兩邊受壓，中心受拉； 峰值應(yīng)力達(dá)到峰值應(yīng)力達(dá)到s s，

14、產(chǎn)生拉伸塑性變形，產(chǎn)生拉伸塑性變形 P PIIW Authorised Training Body 3.2.2 橫向應(yīng)力產(chǎn)生的原因 焊接結(jié)構(gòu)橫向應(yīng)力比較復(fù)雜，它是由下面的原因所致焊接結(jié)構(gòu)橫向應(yīng)力比較復(fù)雜，它是由下面的原因所致。 1）由由縱向收縮變形縱向收縮變形引起的引起的橫向應(yīng)力橫向應(yīng)力 單邊堆焊焊后焊件變形如圖單邊堆焊焊后焊件變形如圖12a12a，如果焊縫位于焊件中心，此時，我們，如果焊縫位于焊件中心，此時，我們可以假設(shè)沿焊縫中心將焊件切開，這時切開的焊件便成了兩個單邊堆焊焊可以假設(shè)沿焊縫中心將焊件切開，這時切開的焊件便成了兩個單邊堆焊焊件，焊后焊縫邊緣區(qū)發(fā)生縱向收縮。件，焊后焊縫邊緣區(qū)發(fā)生

15、縱向收縮。 但實際上焊縫是將這兩塊板牢牢連接在一起的，因此在焊縫中部將但實際上焊縫是將這兩塊板牢牢連接在一起的，因此在焊縫中部將 產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，焊縫的兩端則出現(xiàn)了橫向壓應(yīng)力，如圖產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，焊縫的兩端則出現(xiàn)了橫向壓應(yīng)力，如圖12b12b。 圖12 單邊堆焊和對接焊縫中的橫向應(yīng)力分布 IIW Authorised Training Body圖13 不同焊接順序產(chǎn)生的橫向應(yīng)力分布上述兩種原因產(chǎn)生的橫向應(yīng)力是同時存在的，最終的橫向應(yīng)力是兩者的合成兩者的合成。 2）由焊縫冷卻順序冷卻順序不同形成的橫向應(yīng)力 在生產(chǎn)實踐中，同樣焊接一條直縫，如果在焊接次序和方向不同，就會出現(xiàn)不同的橫向焊接內(nèi)應(yīng)力。這

16、是因為整條焊縫不是同時完成的，有先焊后焊之分。 先焊的部分先冷卻，后焊的部分后冷卻；先冷卻的部分會限制后冷卻部分的橫向收縮，這種行為也是一種拘束現(xiàn)象因而形成了橫向應(yīng)力。 不同焊接順序產(chǎn)生的橫向應(yīng)力見圖13。 IIW Authorised Training Body 3.2.3 應(yīng)力分布狀態(tài) （1）縱向、橫向應(yīng)力分布狀態(tài)（圖14 ）圖14 縱向、橫向應(yīng)力分布狀態(tài) IIW Authorised Training Body （2）角焊縫焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力分布（圖15) 圖15 角焊縫的應(yīng)力分布從圖中可見，在由板材組成的構(gòu)件中同樣存在焊接內(nèi)應(yīng)力。IIW Authorised Training Body

17、（3）三向應(yīng)力三向應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài) 上述所舉的例子中均未考慮板厚方向的收縮應(yīng)力?？梢钥隙?，隨著材料厚度的增加，在厚度方向上的內(nèi)應(yīng)力也會增大。這就產(chǎn)生了三軸應(yīng)力狀態(tài)，如圖16所示。這種應(yīng)力狀態(tài)極容易導(dǎo)致脆性斷裂。 多軸應(yīng)力狀態(tài)見圖16。 圖16 多軸應(yīng)力狀態(tài) IIW Authorised Training Body（4）焊接工字梁的內(nèi)應(yīng)力分布 圖17 焊接工字梁中的內(nèi)應(yīng)力分布狀態(tài)由于在焊接結(jié)構(gòu)中總是存在著多軸應(yīng)力狀態(tài)，因此不能形成標(biāo)準(zhǔn)的屈服極限，構(gòu)件的斷裂強(qiáng)度至少要超過標(biāo)準(zhǔn)屈服極限的2倍。研究表明拉伸內(nèi)應(yīng)力可達(dá)500N/ /2 2至600N/ /2 2。 IIW Authorised Trainin

18、g Body 圖18、圖19為內(nèi)應(yīng)力測量試件和在手工焊、埋弧焊時的內(nèi)應(yīng)力分布曲線。 圖18 內(nèi)應(yīng)力測量試件尺寸 IIW Authorised Training Body圖19 （）手工焊、（）埋弧焊內(nèi)應(yīng)力分布曲線圖 IIW Authorised Training Body 4. 不同缺口狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變圖（圖20） 圖20 不同缺口狀態(tài)下的應(yīng)力和應(yīng)變圖 上圖中的a，b，c，d，e，f的試樣缺口尺寸見圖21。 IIW Authorised Training Body 在單軸和多軸應(yīng)力狀態(tài)下 ，材料的行為可簡單地通過帶有少許或多個缺口的試樣進(jìn)行驗證，與未開缺口的試樣相比較，開缺口的試樣其應(yīng)力值將發(fā)

19、生明顯的變化。如下圖中f號試樣的試驗結(jié)果所示。 圖21 試件的缺口尺寸 IIW Authorised Training Body 從圖22可以看出，為什么在鋼結(jié)構(gòu)中不希望有焊接造成的咬邊咬邊存在。因為咬邊處，其應(yīng)力值可達(dá)到很高數(shù)值。 圖22 焊接結(jié)構(gòu)的咬邊 IIW Authorised Training Body 5. 裂紋的形成 前面所論述的是在外部載荷作用之前，焊接構(gòu)件中可能存在的焊接應(yīng)力的種類，方向和大小。 圖23 裂紋形成機(jī)理 焊接裂紋通常是由收縮應(yīng)力而引起的，而實際的關(guān)系有時恰好相反。如果材料的抗變形能力差而不能形成收縮應(yīng)力，則也會產(chǎn)生裂紋，不是收縮應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度，而是材料的抗變

20、形能力差從而導(dǎo)致裂紋的形成。 IIW Authorised Training Body 6. 消除內(nèi)應(yīng)力的措施消除內(nèi)應(yīng)力的措施 6.1 預(yù)熱 焊前對焊接部位進(jìn)行預(yù)熱，對消除內(nèi)應(yīng)力有許多有利因素。 可降低厚大件的應(yīng)力峰值； 可避免高強(qiáng)鋼及合金鋼的淬硬傾向及延遲裂紋（預(yù)熱溫 度100至300）； 對點(diǎn)固焊和第一道焊縫尤為重要，因為在這二種情況下熱 循環(huán)狀態(tài)是不利的； 抵償冷空氣的影響（預(yù)熱溫度大約為60）； 降低材料的導(dǎo)熱能力，使之更好熔合，如鋁及銅等。6.2 消除應(yīng)力退火 消除焊接內(nèi)應(yīng)力的最好和最可靠的辦法是對材料整體消除應(yīng)力 退火。由此可將實際的應(yīng)力水平降低至原有的15%左右。此時殘余 應(yīng)力大

21、約在50-100N/mm2，而這對該結(jié)構(gòu)構(gòu)不成危害。IIW Authorised Training Body6.3 6.3 局部消除應(yīng)力退火局部消除應(yīng)力退火 如果存在如下情況可進(jìn)行局部消除應(yīng)力退火： 焊接結(jié)構(gòu)件尺寸太大進(jìn)不了退火爐； 退火爐構(gòu)造和進(jìn)爐存在問題或成本太高； 由于工期原因整體結(jié)構(gòu)在退火時無專用夾具； 在局部熱處理之前應(yīng)注意，此工藝是與焊接同時進(jìn)行的。 為達(dá)到較明顯降低內(nèi)應(yīng)力的目的，必須使退火區(qū)盡可能寬些（此理論意在等同整體退火處理）。 通過對局部退火的多次試驗，推導(dǎo)出局部退火的最佳寬度公式，這一公式與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和公式是相符合的。 公式中的管半徑為“R”，構(gòu)件壁厚為“t”，最低退火寬

22、度bg可用下列公式表示： 2bg5(Rt)0.5 = 2.5RtIIW Authorised Training Body 前提是焊縫兩側(cè)均存在應(yīng)力。經(jīng)此處理可在較大范圍內(nèi)使應(yīng)力降低,故不會出現(xiàn)高的應(yīng)力峰值。圖24 管件局部退火寬度圖示IIW Authorised Training Body 6.4 6.4 火焰消應(yīng)力法（火焰消應(yīng)力法（溫差拉伸法溫差拉伸法） 火焰消應(yīng)力法早在上個世紀(jì)50年代就已經(jīng)在造船和大型儲罐中采用了，特別是在消除縱向應(yīng)力時，采用這種工藝可以顯著降低應(yīng)力峰值。 火焰加熱槍沿焊縫兩側(cè)布置并沿焊縫平行移動，兩側(cè)寬度加熱大約至150200，此時焊縫區(qū)溫度大約為50100。有兩個水冷

23、噴嘴緊隨其后（見下圖）對兩側(cè)進(jìn)行水冷卻，由此使加熱區(qū)受到控制而產(chǎn)生一拉應(yīng)力，由于拉應(yīng)力的作用使焊縫區(qū)產(chǎn)生塑性變形，冷卻后將應(yīng)力降低。 采用這種方法應(yīng)注意的一個問題是：鋼板正面的應(yīng)力得到了消除不等于鋼板反面也如此，所以反面也應(yīng)進(jìn)行同樣處理。IIW Authorised Training Body圖25 火焰消除應(yīng)力法時火焰加熱槍的布置，溫度及應(yīng)力分布IIW Authorised Training Body 6.5 機(jī)械法消除應(yīng)力 機(jī)械法消除應(yīng)力有以下三種方式： 錘擊焊縫 整體冷校正 振動消除應(yīng)力法 6.5.1 錘擊焊縫 在焊厚大件時，應(yīng)在每道焊縫冷卻后都進(jìn)行錘擊，但先決條件是，被焊材料為韌性材料

24、，以免錘擊時產(chǎn)生裂紋，有時為避免收縮裂紋可采用錘擊法。 6.5.2 整體冷校正（機(jī)械拉伸） 在構(gòu)件實施某一附加負(fù)荷，它與構(gòu)件中的固有應(yīng)力疊加之后將大大高于該材料的屈服強(qiáng)度，故產(chǎn)生塑性變形使應(yīng)力值得到下降。IIW Authorised Training Body所減少的應(yīng)力值屈服極限外部施加應(yīng)力值圖26 構(gòu)件固有應(yīng)力在實施附加負(fù)荷后對屈服極限的影響 IIW Authorised Training Body采用該種工藝需要考慮以下幾點(diǎn)：材料的延展性，包括屈服強(qiáng)度和形變能力缺口效應(yīng)的影響，包括焊縫的不規(guī)則缺陷受力前后應(yīng)進(jìn)行無損檢驗不同厚度材料連接剛性施加外部負(fù)荷時的環(huán)境溫度施加外部負(fù)荷時的速度外力施

25、加時和施加后對產(chǎn)生的變形的測量IIW Authorised Training Body6.5.3 振動消除應(yīng)力 對于一個完整地焊接結(jié)構(gòu)來說，一般不采用這種工藝進(jìn)行消除應(yīng)力，因為它必須滿足下列一系列的先決條件： 它的應(yīng)力振幅的最低值必須與該結(jié)構(gòu)的固有振動頻率產(chǎn)生共振； 必須用各種不同的頻率進(jìn)行振動，因為它所需要的應(yīng)力幅值可能僅僅在局部地方發(fā)生； 重要一點(diǎn)是對于所要求的頻率不可能直接給出定量的數(shù)值，為此所花費(fèi)的時間和成本亦較高 當(dāng)然對于較簡單的構(gòu)件亦可采用這種方法，特別是在機(jī)械加工件在保持它的尺寸精度方面還是一種較好的消除應(yīng)力的工藝。IIW Authorised Training Body 7.

26、7. 內(nèi)應(yīng)力的測量內(nèi)應(yīng)力的測量 l0當(dāng)標(biāo)定時=100mm l斷開后=99.9mm E210000N/mm2根據(jù)虎克定律20/2101001009 .99210000mmNllE 內(nèi)應(yīng)力的測量及再現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的設(shè)計及各類構(gòu)件的安全性評定具有重大意義。如果有可能最好無破壞地測定工件上任一部位的內(nèi)應(yīng)力的方向和大小，以便采取相應(yīng)措施消除內(nèi)應(yīng)力。7.1 X射線衍射應(yīng)力測量法 X射線衍射法是目前唯一的無損檢測內(nèi)應(yīng)力的方法 。由于其局限性且只能測量表層約0.01mm0.01mm的厚度范圍。7.2 機(jī)械應(yīng)變測量法 所有其它方法均為破壞性應(yīng)變測量法，其內(nèi)應(yīng)力是由所測部位的回彈量來測定的。IIW Authorised

27、 Training Body 小孔釋放 電阻應(yīng)變片 圖27 機(jī)械應(yīng)變測量的二種方法 IIW Authorised Training Body 8、防止裂紋產(chǎn)生的措施 8.1 材料的選擇 選擇材料時主要考慮的因素為：應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)件的作用，工作強(qiáng)度，工件厚度及冷作成型性等。 焊接填充材料： 表1中給出了按DIN1913標(biāo)準(zhǔn)要求的部分焊條的機(jī)械性能： IIW Authorised Training Body 在低溫下焊接時應(yīng)采取下列預(yù)防措施： 用帳篷保護(hù)焊接區(qū)域； 在帳篷內(nèi)加熱 焊接部位預(yù)熱（焊縫兩側(cè)300mm范圍） 緩慢冷卻 8.2 避免采用厚翼板結(jié)構(gòu)形式(見圖28)圖28 厚翼板結(jié)構(gòu)形式 IIW

28、 Authorised Training Body8.3 控制角焊焊縫厚度 在考慮到熱輸入量的條件下按ENDIN18800標(biāo)準(zhǔn)來選擇角焊縫的厚度。8.4 避免用十字接頭 在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)盡量避免采用十字接頭，其次還應(yīng)考慮到選擇合理的焊接順序，以降低應(yīng)力水平（如圖29）。圖29 避免采用十字接頭 IIW Authorised Training Body 8.5 分部件組焊 在考慮到內(nèi)應(yīng)力的情況下，焊接時應(yīng)盡量使單一構(gòu)件可自由伸縮， 也就是說從中間往兩側(cè)焊，而固定整個構(gòu)件的焊縫應(yīng)放在最后焊（圖30）。 圖30 分件組焊順序 在考慮到變形的情況下，應(yīng)注意焊道的排列順序，即從外向內(nèi)焊， 先焊固定整個構(gòu)件

29、的焊縫。（有時是不可能的！） IIW Authorised Training Body 8.6 抗彎梁的現(xiàn)場組對焊（圖31）圖31 抗彎梁現(xiàn)場組對焊接順序 IIW Authorised Training Body焊接工序：車間：將腹板與翼板間的角焊縫焊至距接頭處200300mm原因：1）安裝時裝配組對精度高。 2）在組對焊時，可使內(nèi)應(yīng)力均勻分布。安裝： 下翼板的焊接（1）受拉區(qū) 上翼板的焊接（2）或上、下翼板同時焊接 焊接腹板（3） 焊接頸部角焊縫（4）和（5） 坡口準(zhǔn)備（下翼板）和焊接順序見圖32 圖32 下翼板坡口形式和焊接順序 IIW Authorised Training Body 翼

30、板的焊接及檢驗 1）靜載結(jié)構(gòu) 在翼板焊縫范圍內(nèi)的腹板上加工出一個缺口。這樣有利于翼板的焊接和檢驗，待焊接和檢驗完成后，再重新封閉焊接。 2）動載結(jié)構(gòu) 在翼板焊縫范圍內(nèi)的腹板上加工一個缺口（見圖33），待焊接和檢驗完成后再封閉焊接上。但封閉焊接時采取全焊透形式。圖33 靜載和動載翼板缺口形式IIW Authorised Training Body9、收縮及變形 變形存在多種不同型式，但變形的程度與結(jié)構(gòu)的剛性有關(guān)。應(yīng)力與變形的綜合關(guān)系如下： 薄板 變形較大 應(yīng)力較小 厚板 變形較小 應(yīng)力較大圖34 變形與應(yīng)力對收縮量的影響IIW Authorised Training Body9.1 縱向收縮 焊

31、縫縱向應(yīng)力將導(dǎo)致構(gòu)件的縱向縮短。 當(dāng)構(gòu)件為下述情況時，將不會出現(xiàn)大的變形： 工件厚度較大； 焊縫重心軸的位置與構(gòu)件重心軸的位置相一致圖35 對接和角接焊縫的收縮IIW Authorised Training Body 對接和角接焊縫的收縮量在加工中可以用簡化的形式，按下列數(shù)值進(jìn)行計算： 對于壁厚較大構(gòu)件0.1mm/m焊縫 對于薄壁構(gòu)件見表2 ： 表2 焊縫與母材截面之比對收縮量的估計焊縫橫截面與母材橫截面之比收縮量1:1500.11:800.31:501.0注：相鄰焊縫應(yīng)按每條焊縫收縮量合并計算。IIW Authorised Training Body 9.2 彎曲變形和波浪變形 撓曲是構(gòu)件經(jīng)常產(chǎn)生的一種變形形式。它是長形構(gòu)件因不均勻加熱和冷卻于焊后兩端翹起的變形。主要是因為焊縫與構(gòu)件的重心軸不一致且構(gòu)件的剛性不高所致。圖36 構(gòu)件重心軸位置對彎曲的影響IIW Authorised Training Body 如果某一結(jié)構(gòu)的板厚很薄而剛度亦不高，則易產(chǎn)生如圖37所示的波浪變形，而這種變形的校正將是很困難的。圖37 構(gòu)件的波浪變形IIW Authorised Training Body 9.3 橫向收縮 橫向收縮量的大小與焊縫截面及熱影響區(qū)大小有關(guān)，而這對于對接焊縫和角接焊縫的影響肯定亦不同，角接焊縫比對接焊縫的橫向收縮量要小，因為角焊縫熔深只占它的板厚