焊接残余应力对工件的影响

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：任何焊接结构件中都不可避免焊接应力的存在，并且直接影响焊接结构的制造质量和安全使用性能。当［σmax］接近于屈服强度时，焊接残余应力的影响逐渐消失。（二）对刚度的影响焊接残余应力与外载引起的应力相叠加，可能使工件局部提前屈服产生塑性变形，工件的刚度会因此而降低。残余应力对稳定性的影响取决于杆件的几何形状和内应力分布。所以焊接残余应力的存在对工件的加工精度有不同程度的影响。

任何焊接结构件中都不可避免焊接应力的存在，并且直接影响焊接结构的制造质量和安全使用性能。焊接应力也是产生热裂纹和冷裂纹的重要因素之一。下面从六个方面分析焊接应力对工件的影响。

（一）对强度的影响

当结构承载的残余拉应力与工作应力叠加时，总应力提高。如果材料具有足够的塑性，则产生塑性变形，当应力峰值达到屈服强度后，该区应力不再增加而产生塑性变形，从而消耗了材料的一部分塑性。当材料的塑性耗尽时，就会造成塑性破坏。

如果在高残余拉应力区中存在严重的缺陷，而工件又在低于脆性转变温度下工作，则焊接残余应力将使静载强度严重降低。在循环应力的作用下，如果在应力集中处存在着残余拉应力，则焊接残余拉应力将使工件的疲劳强度降低。工件的疲劳强度除与焊接残余应力的大小有关外，还与工件的应力集中系数、应力循环特征系数r＝［σmin］／［σmax］和循环应力的最大值［σmax］有关，其影响随应力集中系数的降低而减弱，随r的降低而加剧（例如对交变疲劳强度的影响大于脉冲疲劳），随［σmax］的增加而减弱。当［σmax］接近于屈服强度时，焊接残余应力的影响逐渐消失。

（二）对刚度的影响

焊接残余应力与外载引起的应力相叠加，可能使工件局部提前屈服产生塑性变形，工件的刚度会因此而降低。

（三）对受压工件稳定性的影响

焊接杆件受压时，焊接残余应力与外载所引起的应力相叠加，可能使杆件局部屈服或使杆件局部失稳，杆件的整体稳定性将因此而降低。残余应力对稳定性的影响取决于杆件的几何形状和内应力分布。残余应力对非封闭截面（如工字形截面）杆件的影响比封闭截面（如箱形截面）的影响大。

（四）对加工精度的影响

工件去除工夹具或焊后进行机械加工去掉一部分材料的同时破坏了原工件中内应力的平衡使工件产生变形并且影响加工精度。所以焊接残余应力的存在对工件的加工精度有不同程度的影响。工件的刚度越小或加工量越大，对精度的影响也越大。

（五）对尺寸稳定性的影响

有些工件在长期存放过程中因蠕变和应力松弛，焊接残余应力也随时间发生一定的变化，工件的尺寸也随之变化。工件的尺寸稳定性还受残余应力稳定性的影响。

（六）对耐蚀性的影响

焊接残余应力和载荷应力一样，也能导致应力腐蚀开裂图5-7所示就是因焊接残余应力导致锅炉炉胆开裂。

当工件接触腐蚀介质时，如低碳钢和低合金钢在硝酸铵溶液、氢氧化钠溶液、氨以及硫化氢等介质中，奥氏体不锈钢在氯化镁溶液、氯化物及氢氧化钠等介质中，拉伸残余应力与以上腐蚀介质的共同作用将产生应力腐蚀裂纹。裂纹细端在拉应力和腐蚀介质的连续作用下不断扩展。当裂纹发展到某一临界点后，结构就会发生低应力脆性断裂。拉伸残余应力越大，产生的应力腐蚀开裂就越快。

图5-7 某锅炉炉胆因焊接残余应力开裂

焊接残余应力对工件的影响

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