焊接应力控制及消除

1、焊接结构生产与管理（焊接应力与变形） 1. 1.对静载强度的影响对静载强度的影响 只要材料有足够的延性，能够进行塑性变形，只要材料有足够的延性，能够进行塑性变形，内应力的存在不影响构件的承载能力，对强度内应力的存在不影响构件的承载能力，对强度无影响。无影响。 如果材料处于脆性状态时，应力达到强度极如果材料处于脆性状态时，应力达到强度极限时，构件将发生局部破坏，最后导致构件断限时，构件将发生局部破坏，最后导致构件断裂。裂。 三、焊接残余应力对焊接接头的影响三、焊接残余应力对焊接接头的影响焊接残余应力焊接残余应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形） 2.2.残余应力对疲劳强度的影响残余应力对疲劳强

2、度的影响 在疲劳节段专门进行讲解。在疲劳节段专门进行讲解。 3.3.残余应力对机械加工精度的影响残余应力对机械加工精度的影响 机械加工后，原内应力的平衡打破，机械加工后，原内应力的平衡打破，工件将产生变形。工件将产生变形。 焊接残余应力焊接残余应力机械加工引起内应力释放和变形机械加工引起内应力释放和变形焊接结构生产与管理（焊接应力与变形） 4.4.残余应力对受压杆件的影响残余应力对受压杆件的影响 波浪变形是构件由于内应力产生构件局部失稳波浪变形是构件由于内应力产生构件局部失稳造成。造成。 当杆件的长细比当杆件的长细比（大于（大于150),150),失稳临界应力失稳临界应力本来就低本来就低, ,

3、或内应力较低时或内应力较低时, ,外载应力与残余应力外载应力与残余应力之和在失稳之前未达到屈服极限之和在失稳之前未达到屈服极限, ,残余应力对稳定残余应力对稳定性不会产生影响。性不会产生影响。焊接残余应力焊接残余应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形） 当杆件的当杆件的较小较小( (小于小于30),30),相对偏心又不大相对偏心又不大（小于（小于0.10.1），其失稳临界应力主要取决于杆件的全），其失稳临界应力主要取决于杆件的全面屈服，内应力也不致产生影响。面屈服，内应力也不致产生影响。 对翼缘宽厚比较大的对翼缘宽厚比较大的H H型截面，压缩残余应力型截面，压缩残余应力将降低翼缘的局部稳定性。

4、将降低翼缘的局部稳定性。 局部失稳可能造成杆件整体失稳。局部失稳可能造成杆件整体失稳。焊接残余应力焊接残余应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形） 5.5.残余应力残余应力11对刚度的影响对刚度的影响 构件中存在与外力方向一致的残余应力构件中存在与外力方向一致的残余应力1 1 ，而而1 1数值又达到屈服极限，则在外力作用下，刚数值又达到屈服极限，则在外力作用下，刚度将降低，而且卸载后构件的原尺寸也不能复员。度将降低，而且卸载后构件的原尺寸也不能复员。 6.6.残余应力对应力腐蚀（开裂）的影响残余应力对应力腐蚀（开裂）的影响 焊接接头区域往往比其他部位的腐蚀速度快，焊接接头区域往往比其他部位的腐

5、蚀速度快，就是因为该区域存在着较大的焊接残余应力。就是因为该区域存在着较大的焊接残余应力。 在拉应力和腐蚀介质共同的作用下引起材料在拉应力和腐蚀介质共同的作用下引起材料产生腐蚀的现象称为应力腐蚀。产生腐蚀的现象称为应力腐蚀。焊接残余应力焊接残余应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）四、减小焊接残余应力的措施四、减小焊接残余应力的措施 1.1.设计措施设计措施: :设计上减小焊接应力的设计上减小焊接应力的核心核心：正确布置焊缝，正确布置焊缝，以避免应力叠加。以避免应力叠加。 1 1）尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸。）尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸。 2 2）避免焊缝过分集中，焊缝间应保

6、持足够的距离。）避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的距离。焊接残余应力焊接残余应力 3 3）采用刚性较小的接头形式。）采用刚性较小的接头形式。容器接管焊接容器接管焊接减小接头的刚性措施减小接头的刚性措施焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）带盖板的双工字梁结构焊接顺序带盖板的双工字梁结构焊接顺序 2. 2. 工艺措施工艺措施1 1） 采用合理的装配焊接顺序和方向。采用合理的装配焊接顺序和方向。 在一个平面上的焊缝，焊接时，应保证焊缝在一个平面上的焊缝，焊接时，应保证焊缝的纵向和横向收缩均能比较自由。的纵向和横向收缩均能比较自由。拼接焊缝合理的装配焊接顺序拼接焊缝合理的装配焊接顺序 收缩量最大的焊

7、缝应先焊。收缩量最大的焊缝应先焊。焊接残余应力焊接残余应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形） 工作时受力最大的焊缝应先焊。工作时受力最大的焊缝应先焊。焊接残余应力焊接残余应力对接工字梁的焊接顺序对接工字梁的焊接顺序 平面交叉焊缝焊接时，在焊缝的交叉点易产生较大平面交叉焊缝焊接时，在焊缝的交叉点易产生较大的焊接应力。的焊接应力。平面交叉焊缝的焊接顺序平面交叉焊缝的焊接顺序焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）焊接残余应力焊接残余应力 对接焊缝与角焊缝交叉的结构。对接焊缝与角焊缝交叉的结构。2 2）预热法。）预热法。3 3）冷焊法。）冷焊法。4 4）降低焊缝的拘束度。）降低焊缝的拘束度。降低局部刚

8、度减少内应力降低局部刚度减少内应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）焊接残余应力焊接残余应力 5 5）加热）加热“减应区减应区”法。法。加热加热“减应区减应区”法示意图法示意图焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）五、消除残余应力的措施五、消除残余应力的措施 扭曲共振法弯曲共振法残余应力的交变应力来消除部分振动法：利用振动产生机械拉伸法热）两侧压应力区域局部加热塑性法（在焊接接头织与性能）高温回火（改变金相组. 2. 1. 4. 3. 2. 1注：振动法的优点，从应力消除效果看，振动法比用同注：振动法的优点，从应力消除效果看，振动法比用同样大小的静载拉伸效果好，且具有设备简单，价廉，样大小的静

9、载拉伸效果好，且具有设备简单，价廉，处理成本低，时间短，无高温回火的金属氧化问题等处理成本低，时间短，无高温回火的金属氧化问题等优点。优点。焊接残余应力焊接残余应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）六、焊接残余应力的测定六、焊接残余应力的测定 1.1.应力测定方法的分类应力测定方法的分类按其对结构的是否破坏来分按其对结构的是否破坏来分 按测试原理分按测试原理分无损法半破坏法全破坏法. 3. 2. 1射线法应力释放法X. 2. 1焊接残余应力焊接残余应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）应力释放法应力释放法原理原理：利用构件在机加工后应力部分释放，：利用构件在机加工后应力部分释放，回产生变形

10、来重新分布应力来达到平衡，回产生变形来重新分布应力来达到平衡，利用应力应变关系来求出应力。属于此法利用应力应变关系来求出应力。属于此法的的有切条法，车削法，刨削法，套孔法，有切条法，车削法，刨削法，套孔法，小孔法小孔法。焊接残余应力焊接残余应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）1.1.切条法切条法：将待测焊件划分几个区域，在：将待测焊件划分几个区域，在各区待测点上贴应变片或加工机械引申各区待测点上贴应变片或加工机械引申计的标距孔然后测原始读数，然后切断，计的标距孔然后测原始读数，然后切断，然后在读数根据然后在读数根据 可以算可以算出应力。出应力。XXE焊接残余应力焊接残余应力2.2.车削法车

11、削法：此法多用于测圆柱零件此法多用于测圆柱零件堆焊后的残余应力分布。堆焊后的残余应力分布。切条法测残余应力切条法测残余应力车削法测残余应力车削法测残余应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）3.3.小孔法小孔法：是应力破坏性最小的一种，：是应力破坏性最小的一种，原理是：在应力场中钻一个小孔，应原理是：在应力场中钻一个小孔，应力平衡受到破坏，钻孔周围的应力重力平衡受到破坏，钻孔周围的应力重新调整，测得孔附近的应变片的变化，新调整，测得孔附近的应变片的变化，可用弹性力学推算小孔处的应力。可用弹性力学推算小孔处的应力。 焊接残余应力焊接残余应力小孔法测内应力小孔法测内应力4.4.套孔法套孔法：采用套

12、料钻或管形电火花：采用套料钻或管形电火花加工环形孔来释放应力，在孔内预先加工环形孔来释放应力，在孔内预先贴上应变片，可以算出表面残余应力贴上应变片，可以算出表面残余应力，切削深度为，切削深度为0.6-0.8D0.6-0.8D，破坏性不，破坏性不大。大。套孔法测内应力套孔法测内应力焊接结构生产与管理（焊接应力与变形）X X射线衍射法射线衍射法 原理原理：晶体在应力的作用下，：晶体在应力的作用下，原子间距发生变化，其变化原子间距发生变化，其变化与应力大小成正比，当用与应力大小成正比，当用X X射射线，以掠角线，以掠角 入射到晶体表入射到晶体表面时，如果面时，如果 能满足能满足2dSin 2dSin =n =n ，则，则X X射线在反射方向射线在反射方向因干涉而加强因干涉而加强 缺点缺点：用设备昂贵对被测表面要求高，所只能测表面应力.