焊接應力
一、焊接殘餘應力的分類
1．根據應力性質劃分：拉應力、壓應力
2．根據引起應力的原因劃分：熱應力、組織應力、拘束應力
3．根據應力作用方向劃分：縱向應力、橫向應力、厚度方向應力
4．根據應力在焊接結構中的存在情況劃分：單向應力、兩向應力、三向應力
5．根據內應力的發生和分布範圍劃分：第一類應力、第二類應力、第三類應力
二、焊接殘餘應力的分布規律
1．縱向應力бx的分布
бx在焊件橫截面上的分布規律為：焊縫及其附近區域為殘餘拉應力，一般可達材料的屈服強度，隨著離焊縫距離的增加，拉應力急劇下降並轉為壓應力。
бx在焊件縱截面上的分布規律為：在焊件縱截面端頭，бx=0，越靠近縱截面的中間，бx越大，逐漸趨近於бs。如圖2-9所示。
圖2-11為板邊堆焊時，бx在焊縫橫截面上的分布。
t形接頭的бx分布與立板和水平板尺寸有很大關係，δ/h越小，接近於板邊堆焊的情況；δ/h越大，接近於等寬板對接的情況。
2．橫向應力бy的分布
бy =бy′+бy″
бy′：焊縫及其塑性變形區的縱向收縮引起的橫向應力；
бy″：焊縫及其塑性變形區的橫向收縮不均勻、不同時引起的橫向應力。
3．特殊情況下的焊接殘餘應力
① 厚板中的焊接殘餘應力
② 拘束狀態下焊接殘餘應力
③ 封閉焊縫中的殘餘應力
④ 焊接梁柱中的殘餘應力
⑤ 焊接管道中的殘餘應力
三、焊接殘餘應力對焊接結構的影響
1．對結構強度的影響
只要材料具有足夠的塑性，焊接殘餘應力的存在並不影響結構的靜載強度。
對脆性材料製造的焊接結構，由於材料不能進行塑性變形，隨著外力的增加，構件不可能產生應力均勻化，所以在載入過程中應力峰值不斷增加。當應力峰值達到材料的強度極限時，區域性發生破壞，而最後導致構件整體破壞。所以焊接殘餘應力對脆性材料的靜載強度有較大的影響。
2．對構件加工尺寸精度的影響
3．對梁柱結構穩定性的影響
四、減小焊接殘餘應力的措施
一般來說，可以從設計和工藝兩方面著手：
1．設計措施
① 盡可能減少焊縫數量；
② 合理布置焊縫；
③ 採用剛性較小的接頭形式。
2．工藝措施
（1）採用合理的裝配和焊接順序及方向
① 鋼板拼接焊縫的焊接；
② 同時存在收縮量大和收縮量小的焊縫時，應先焊收縮量大的焊縫；
③ 對工作時受力較大的焊縫應先焊；
④ 平面交叉焊縫的焊接。
（2）縮小焊接區與結構整體之間的溫差 （預熱法、冷焊法）
（3）加熱「減應區」法
（4）降低接頭區域性的拘束度
（5）鎚擊焊縫
五、消除焊接殘餘應力的方法
1．熱處理法
熱處理法是利用材料在高溫下屈服點下降和蠕變現象來達到鬆馳焊接殘餘應力的目的，同時熱處理還可以改善接頭的效能。
（1）整體熱處理整體爐內熱處理、整體腔內熱處理
整體加熱熱處理消除殘餘應力的效果取決於熱處理溫度、保溫時間、加熱和冷卻速度、加熱方法和加熱範圍。保溫時間根據板厚確定，一般按每公釐板厚1~2 min計算，但最短不小於30 min，最長不超過3h。
碳鋼及中、低合金鋼：加熱溫度為580~680℃；
鑄鐵：加熱溫度為600~650℃。
（2）區域性熱處理
區域性熱處理只能降低殘餘應力峰值，不能完全消除殘餘應力。加熱方法有電阻爐加熱、火焰加熱、感應加熱、遠紅外加熱等，消除應力效果與加熱區的範圍、溫度分布有關。
2．載入法
載入法就是通過不同方式在構件上施加一定的拉伸應力，使焊縫及其附近產生拉伸塑性變形，與焊接時在焊縫及其附近所產生的壓縮塑性變形相互抵消一部分，達到鬆馳應力的目的。
（1）機械拉伸法
（2）溫差拉伸法
（3）振動法
六、焊接殘餘應力的測定
目前，測定焊接殘餘應力的方法主要可歸結為兩類，即機械方法和物理方法。
1．機械方法
利用機械加工將試件切開或切去一部分，測定由此而釋放的彈性應變來推算構件中原有的殘餘應力。包括切條法、鑽孔法和套孔法。
2．物理方法
是非破壞性測定焊接殘餘應力的方法，常用的有磁性法、超聲波法和x射線衍射法。
（1）磁性法是利用鐵磁材料在磁場中磁化後的磁致伸縮效應來測量殘餘應力的。
（2）x射線衍射法是根據測定金屬晶體晶格常數在應力的作用下發生變化來測定殘餘應力的無損測量方法。
（3）超聲波法是根據超聲波在有應力的試件和無應力的試件中傳播速度的變化來測定殘餘應力的。
焊接殘餘應力的消除方法
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