相同焊接工艺条件下钢结构不同材质焊接件的残余应力分析可编辑

1、 科研开发相同焊接工艺条件下钢结构不同材质焊接件的残余应力分析杨乾慧 贾 奎 吕荣坤萧山区质量计量监测中心,杭州 摘 要:通过试验测试了钢结构相同焊接工艺条件下不同材质焊接件的残余应力,并对试验结果进行了分析,得出了对相同焊接工艺条件下钢结构不同材质焊接件技术工艺实践有指导意义的结论。关键词 :焊接;残余应力;焊接工艺, , : , . : ; ;试验分析在钢结构构件中,残余应力是使工件产生变形. 试验原理和开裂等缺陷的重要原因,加 后残余应力将影响目前在焊接件和铸件上应用较多的残余应力测到腐蚀、开裂、疲劳强度等力学性能。由于人们只注量方法是盲孔法,盲孔法就是在 件上钻一小通孔重现代丁艺方法及

2、新材料的开发研制,而往往忽视或不通孔,使被测点的应力得到释放,并由事先贴在残余应力在钢结构构件加工过程中的影响。实际上孔周位的应变计测得释放的应变量,再根据弹性力在构件的使用过程中,破坏事故除了与材料本身的学原理计算 残余应力。钻孔的直径和深度都不结构和强度有关外,往往与残余应力的影响有着密大,不会影响被测构件的正常使用。并且这种方法切的关系。因此对材料焊接加工过程中残余应力的具有较高的精度,因此已成为应用比较广泛的方法产生过程、分布情况进行研究是十分迫切和必要的。之一。本文对相同焊接工艺条件下钢结构不同材质焊接件. . 理论公式的推导的残余应力进行了试验及分析。当残余应力沿厚度方向的分布比较

3、均匀时,可采用一次钻孔法测量残余应力的量值。试验方法及条件图 表示为被测点 附近的应力状态: 和 :采用钻盲孔法测量焊接残余应力,并做标定试为 点的残余主应力。在距被测点距离为 的 验以确定有关系数。试验材料为结构钢 一 和点处, 和 分 别表示钻孔释放径向应力和切向应。试验 条件:材料 为钢板,尺寸 为力,夹角为 。 ×× 。接头形式为对接,根据弹性力学原理可得, 点的原有残余应力按焊接规范模拟生产现场的工艺。采用手工电弧和 与残余主应力 和 的关系如式所示。焊,焊条为 ,电流为 ± ,电压第一作者:杨乾慧,男,】年出生,程师。为 ±,焊速为 . ./

4、 。两种被 : .焊材料的焊接方向均为从左端向右端不间断焊接。收稿日期: 钢结构 年第 期第 卷总第 期杨乾慧,等:相同焊接工艺条件下钢结构不同材质焊接件的残余应力分析一一 而一 一 ? ? 十十。一 ; 、令 一一 ,一 一; 一则式可简化为: 被测点 附近 的厦力状态在一般情况下,主应力方向是未知的,则上式中含有 个未知数 , 和 。如果在与主应力成任:? 十? 一意角的 个方向上贴应变片,由上式可得 个方程,即可求出 , 和舻。为了计算方便, 个应变一? ? ? ?:一? 一? 片之间的夹角采用标准角度,如 ,。, 。,钻孔法测残余应力时,要在被测点 处钻一半这样测得的 个应变分别为 。

5、. 和。即:径为 的小孔以释放应力。由弹性力学可知,钻孔百后 点处的应力 ”和 ”如式:”一 一譬 警 。旦一等等。一。 一鲁 鲁旦 旦 等。钻孔后, 点应力释放量为:”一 一如果 个应变片都准确地贴在同一圆周上,则一 一有:一一将式和式 代人式得:?一?一 一 号? 一 。对式 联 求解,得:.。一 一号?譬 一 。在实际测量时是在 点贴应变计,并在 点钻孔而测得释放应变,且有 一言 。将式 代入上式即得出 点处径向应变 与残余主应。一 ± 二 力 和 的关系式为:?一 。 / 一在有些情况下,公式将会有所变化: 如果被测点的残余应力是单向应力状态,只 一。一要在应力方向上贴一应变

6、片,钻孑 后即可测出应变但因应变片的长度为 ? 一 ,所测应变应是 内的平均应变值,即: 一 ?一 ? ?, , 如果残余应力 和 的方向已知,则可沿两将式代入 式积分可得: 个主应力方向贴一应变片, 一 和 一 。,如图. , . , . 科研开发所示。则由式可得:图 标定试件贴片一 , 。解以上两个方程,得:式中: 和 。为比例系数;和 分别为钻孔前后同一级荷载下的应变差。测试时可沿残余应力方向各贴一片应变片。位:一一 ? 一 ? 置及钻孔直径与试件相同,钻孔后测得释放应变为在主应力方向未知的平面应力场中,有时也 和 ,根据叠加原理有:使用三轴 。应变化来测量。则可由下式计算残余詈一“警

7、应力及方向: 一 。“ 百 可得:一 ÷一“一 一轰云。 ?。 若令: 。 。一 孚 一 ,一 一胁 去 将式 代入式得到:公式 是通过弹性力学理论推导而来的,式中吉口 一 的 、 值是通过计算得到的。因此上述方法被称二 一为理论公式法。还有一种方法就是通过在拉伸试件上标定释放应变与应力的比例系数后,再计算残余由式 可得残余应力的主应力为:应力,这种方法称做试验标定法。 ¨. . 试验标定法如图 所示,在距孔心 处贴片。为消除边缘 一 效应的影响,取宽度大于 的 倍 倍的试件。式与式 具有完全相同的形式,它说明在材料试验机上对没有钻孔的试件逐级加载,计算标定法得到的 和 相当于理论公式中的 和试件的应力 ,测出各级荷载下的应变 和 。因此只要通过标定法测得 和 后,代人公式然后取下试件,用专用设备在试件指定部位上钻孔, 中,即可得到主应力方向未知的测点的残余应力再重新拉伸,并测 钻孑 后的应变值 和