文档介绍：2-3 焊接残余应力
焊接残余应力是影响焊接结构或焊接部件的脆性断裂强度、疲劳强度、弯曲强度、振动特性和抗腐蚀等性能的重要因素。同时,焊接残余应力的存在还严重影响结构的机加工精度和构件尺寸稳定性。
一、焊接残余应力的分布
分类
厚度方向上的残余应力σz 。
垂直焊缝轴线方向的横向残余应力σy;
平行焊缝轴线方向的纵向残余应力σx;
在厚度不大(<20mm)的常规焊接结构中,残余应力基本上是双轴的,厚度方向上的应力很小,忽略不计。只有在大厚度的焊接结构中,厚度方向的应力才比较大。下面分别加以讨论。
(一)纵向应力σx
焊接应力与变形演变过程,室温时,焊缝及其附近区域中的纵向应力是拉应力,数值一般达到材料的屈服极限。
影响焊缝纵向残余应力分布的因素
(1)、焊缝长度的影响
纵向残余应力沿焊缝纵截面上的分布
总结: 板条中部区,焊缝纵向残余应力基本保持不变。在板条的端部存在一个内应力的过渡区,纵向残余应力逐渐降至零。
原因:板条两端的边界条件与中间部分不同,拘束度和热循环特性不尽相同,使两端的纵向残余应力出现过渡区。
随着焊缝长度的缩短,纵向残余应力的稳定区将逐渐减小,直至消失。在短焊缝中的纵向残余应力小于长焊缝中的纵向残余应力,小于材料的屈服极限。因此,焊接工艺中常将长焊缝分段焊接,以减小焊件中的纵向残余应力。
相关实验表明,焊缝中要产生稳定区,焊缝长度必须超过450 mm。
(2)、材质的影响
焊件内纵向残余应力的大小和分布受材质影响甚大。
钛材焊缝中的纵向应力较低,- σs。铝材焊缝中的σx也较低,仅为 0. 6-0. 8 σs。
高强钢焊件中的最大残余拉应力不会达到母材的屈服极限,而且残余拉应力区的宽度可能变窄。
(二)横向应力σy
垂直于焊缝的横向应力σy分布情况比较复杂。它可分为两个组成部分:
1、由于焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩所引起的,用表示;
2、由焊缝及其附近塑性变形区的横向收缩的不同时性所引起的,用表示。
纵向收缩所引起的横向残余应力的分布