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焊接残余应力对结构性能的影响
焊接残余应力对结构性能的影响
【摘要】残余应力的存在虽然不会影响结构的静态承载能力,但仍然会引起一些问题,比如结构会因过脆导致折断或是承载过久而断裂等。因此要采取必要的措施进行控制或消除。焊接残余力作为本文的研究对象,分析结构在静态时的强度、疲劳耐力、应力腐蚀性和稳定性,并讨论它们带来的影响。
【关键词】焊接残余应力影响结构措施
中图分类号:: A 文章编号:
一、前言
在金属结构焊接过程中,温度的选择尤为重要,必须控制在一定的温度范围内,要严格遵守热循环温度的范围在1500℃以上。焊接应力较高的部位将达到金属屈服强度而发生塑性变形,因此金属结构在冷却后将有残存于焊件内的应力及焊接残存变形,这些将影响构件的受力和使用,应在焊接、设计时重视。
二、焊接残余应力对焊接结构的影响

如果局部发生了脆性断裂,它便会在短期内影响到整体结构,它是在应力没有达到原先设计的结构应力数值上以及外形没有发生明显变形时发生的。如果发生了脆性断裂,在很大程度上会威胁到人的生命安全以及财产安全。主要是它的发生是不能提前预料和预防的。现在将举例分析焊接结构的脆性断裂情况。如右图所示,在不同温度下,所焊接的碳钢试件的断裂情况不同,以及尖锐缺口、残余应力对结构所能承受的断裂强度的影响。
图中PQR曲线描述的是材料强度在试验温度下以及没有尖锐缺口的情况下断裂载荷所能达到的最大值。而曲线PQ-SUT所呈现的是断裂应力情况,它的前提是曲线有尖锐缺口存在,却没有残余应力。不过要出现多种的断裂情况,需要在高残余拉应力区存在一个缺口。所可能的情况如下:
(一)温度≥Tf时,从图PQR可以看出,此时断裂应力已经达到了强度极限,且残余应力在这个状态下没有对断裂应力造成一定的影响。
(二)温度<Tf,却高于止裂温度Ta的情况下,在低应力的条件下裂纹有可能会开始出现,但会受到一定的阻碍而停止。
(三)Ta>此时的温度时,利用应力在一定数值下达到断裂始发的程度,而促使发生的情况有两种:裂纹将在应力低于临界应力WV的状态下,发生一定距离的延伸,而后被及时制止住;若应力达到了临界应力WV,甚至超过了它,就会出现完全断裂的情况。
2. 焊接构件承受拉伸载荷时对残余应力的影响
拉伸载荷在不同数值情况下会对焊接结构造成不同的影响。如果出现的是脆性断裂或者是应力腐蚀型断裂的低应力情况,那么焊接结构的性能会在一定程度上受到残余应力的影响;不过这种残余应力的作用也会因为加载应力数值的增大而减小;如果要对这种影响忽略不计,那么需要外部施加的加载应力高于屈服应力,而残余应力的影响范围会在重复加载后变的越来越小。

举例分析对薄板局部稳定性的影响。薄板稳定性会受到内应力、拉应力及压应力影响。内应力存在于焊后的平板中,离焊缝一定距离区域会出现压应力,这种力会使薄板失去稳定性,且出现波浪变形。而大多数情况下,拉应力存在于焊缝比较近的距离。
公式σcr = K(δ/B )^ 2 是用来求得失稳的临界应力大小。观察式子可以发现,临界应力的大小是与板厚δ与板宽B的比值成正比的,临界应力会因为它们比值的变小而变小,此时平板就越有可能出现失稳现象从而