焊接残余应力分类方法

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：焊接残余应力可根据产生原因、作用方向、作用形式及其在结构中的作用方向来分类。（一）根据焊接残余应力的产生原因分类根据产生原因焊接残余应力可分为温度应力、组织应力、拘束应力和氢致应力。焊接过程中温度应力在不断地变化，且峰值一般都达到屈服强度，因此产生了塑性变形，焊接过程结束并冷却后，产生的焊接残余应力保存下来。

焊接残余应力可根据产生原因、作用方向、作用形式及其在结构中的作用方向来分类。

（一）根据焊接残余应力的产生原因分类

根据产生原因焊接残余应力可分为温度应力、组织应力、拘束应力和氢致应力。

1.温度应力

温度应力也称为热应力，它是在焊接过程中，由于焊接热源在工件上的局部加热，使工件受热不均匀，造成温度分布的不均匀、各处变形不一致且相互制约而产生的应力。它主要与工件金属的热物理性质、工件内的温度分布及材料高温时的力学性能有关。焊接过程中温度应力在不断地变化，且峰值一般都达到屈服强度，因此产生了塑性变形，焊接过程结束并冷却后，产生的焊接残余应力保存下来。

2.组织应力

焊接过程中由于焊接热循环的作用引起局部金属组织发生转变，随着金属组织发生变化而出现比体积变化，这种比体积的变化受到阻碍时便产生了应力。这种由于组织转变而引起的内应力叫组织应力。如奥氏体分解为珠光体进而引起比体积的增大，从而引起体积的变化，并且受到周边金属的约束，同时组织的转变也是不均匀的，因此便产生了组织应力。

3.拘束应力

焊接过程往往是在结构自身拘束或外部拘束条件下进行的，它与结构形式、刚度、自重、焊接接头的位置、焊接顺序以及夹持工装卡具的位置及松紧程度等因素有关。这种拘束条件下的焊接，由于受到自身拘束或外部拘束的限制，不能自由变形便产生了拘束应力。

4.氢致应力

在焊接过程中，由于焊接材料或操作技能等因素的影响，焊缝局部会产生显微缺陷，如气孔、夹渣等，扩散氢向显微缺陷处聚集，导致局部氢的压力增大，便产生氢致应力。氢致应力是导致焊接冷裂纹的重要因素之一。

（二）根据焊接残余应力的作用形式分类

根据焊接残余应力的作用形式可分为拉应力、压应力、切应力。焊接过程中，焊缝区及周边一定范围内的金属受热膨胀，但受到离焊接热源更远处的低温金属的拘束，使受热膨胀金属受压应力作用，而周围低温部位的金属受拉应力作用，如图5-3的Ⅰ所示。冷却时焊缝及周边一定范围内的金属收缩，但又受到离焊接热源更远处金属的制约，则产生拉应力，而离焊接热源更远处的金属受到压应力，如图5-3的Ⅱ所示。当焊缝两侧金属受到的拉应力或压应力不同时，焊缝区则产生了切应力。

（三）根据焊接残余应力对焊缝的作用方向分类

根据焊接残余应力对焊缝的作用方向可分为纵向应力和横向应力。纵向应力是平行于焊缝方向的应力，横向应力是垂直于焊缝方向的应力。

（四）根据焊接残余应力在结构中的作用方向分类

根据焊接残余应力在结构中的作用方向可分为单向应力、双向应力和体积应力。

1.单向应力

在工件中只沿一个方向存在的应力叫单向应力，也称线应力。薄板焊接和圆棒对接时，长而窄的对接焊缝及表面堆焊结构中，如图5-4所示。