焊接 残余应力重分布

焊接残余应力的分布及控制措施山东电力建设第二工程公司周元庆摘要：分析焊接残余应力的分布、焊接残余应力对焊接结构的影响，提出减小焊接残余应力的控制措施。

关键词：焊接残余应力、分布、影响、控制措施电建行业中，我们大量应用到焊接技术，其中主要包括钢结构焊接、管道焊接等。

焊接过程会产生焊接残余应力，焊接残余应力会降低承载能力、引起焊接裂纹，甚至脆断、在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹以及引起变形等，因此，需要采用合理的方法进行控制。

一、焊接残余应力的分布：1、纵向应力бx ：我们把焊缝方向的应力称为纵向应力。

бx在焊件横截面上的分布规律为：焊缝及其附近区域为残余拉应力，一般可达材料的屈服强度，随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降并转为压应力；бx 在焊件纵截面上的分布规律为：在焊件纵截面端头，бx=0，越靠近纵截面的中间，бx越大，逐渐趋近于бs。

2、横向应力бy：垂直于焊缝方向的应力成为横向应力。

横向应力较纵向应力来讲比较复杂，它可分为两个组成部分，其中一个是由于焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩所引起的横向应力бy′，另一个是由焊缝及其附近塑性变形区的横向收缩的不同时性所引起的横向应力бy ″。

бy=бy′+бy″。

3、厚板中的残余应力：厚板焊接结构中除了存在着纵向应力和横向应力外，还存在着较大的厚度方向的应力。

4、在拘束状态下焊接的内应力：构件在受拘束状态下焊接时所产生的应力称为拘束状态下焊接的内应力。

这种应力对结构的影响比较大，在设计和施工时应注意采取措施消除或减少。

5、封闭焊缝所引起的内应力：在容器、船舶等板壳结构中，经常会遇到焊接接管、人孔接头和镶块等的焊缝构成一个封闭回路，称之为封闭焊缝。

封闭焊缝时在较大拘束下焊接的，因此内应力比在自由状态时大。

结构的刚度越大，拘束度越大，内应力也越大。

二、焊接残余应力对焊接结构的影响1、对静载强度的影响：如果材料具有足够的塑性，焊接残余应力的存在并不影响结构的静载强度，但是如果是脆性材料制造的焊接结构，由于材料不能进行塑性变形，随着外力的增加，构件不可能产生应力均匀化，所以在加载过程中应力峰值不断增加。

厚板焊接中焊接残余应力的分布规律
在厚板焊接中，焊接残余应力的分布规律主要受到以下因素的影响：
1. 焊接热源的大小和形状：焊接热源大小和形状不同，给工件加热的方式也不同，会影响热应力的分布。

2. 焊接过程中的冷却速度：冷却速度决定了构件从高温到室温的温度梯度，不同的温度梯度也会导致构件上残余应力的不同分布。

3. 材料的物理性质：材料的热膨胀系数和塑性变形能力对热应力分布起着重要的影响。

4. 焊接接头的几何形状：不同几何形状的焊接接头，其残余应力的分布也会有所不同。

一般情况下，焊接残余应力的分布规律如下：
1. 在焊接接头中心线附近，残余应力较小；
2. 沿着焊接接头的焊缝方向，残余应力呈现出较高的峰值；
3. 在焊接接头附近的热影响区内，残余应力比较集中；
4. 焊接接头两侧的冷却区中，残余应力较小。

浅谈焊接残余应力控制措施及消除方法摘要：文章主要阐述了焊接结构在焊接过程中产生的残余应力及应力的消除方法，主要说了焊接残余应力的分布、焊接残余应力施工中的控制、焊后消除焊接应力的方法。

关键词：焊接残余应力控制措施消除方法前言随着焊接技术的迅速发展，在短短的几十年中焊接已是工业技术中的重要方法之一。

如建筑钢结构、压力容器、船舶、车辆等中几乎全部用焊接代替了铆接。

部分过去一直用整铸整锻方法生产的大型毛坯也改成了焊接结构，焊接技术不仅大大减化了生产工艺，而且还降低了很多成本。

但是实际焊接中也存在不少问题，如焊接的内应力、焊接结构的变形、焊接结构的脆性断裂、焊接结构的疲劳强度等都直接影响着焊接的质量。

本文就对焊接残余应力进行具体分析。

一、焊接残余应力的分布在厚度不大（δ<15-20mm）的常规焊接结构中，残余应力基本上是双轴向的，厚度方向上的应力很小。

只有的大厚度的焊接结构中，厚度方向的应力才比较大。

焊接应力分别有焊缝方向的纵向应力、垂直焊缝方向的横向应力和厚度方向的应力。

二、焊接残余应力施工中的控制在焊接过程中采用一些简单的工艺措施往往可以调节内应力，降低残余内应力的峰值，避免在大面积内产生较大的拉应力，并使内应力分布更为合理。

这些措施不但可以降低残余应力，而且也可以降低焊接过程中的内应力。

因此有利于消除焊接裂纹。

现在把这些措施分述于后：1、采用合理的焊接顺序和方向尽量使焊缝能自由收缩，先焊收缩量比较大的焊缝。

如带盖板的双工字钢构件，应先焊盖板的对接焊缝，后焊盖板和工字钢之间的角焊缝，使对接焊缝能自由收缩，从而减少内应力。

先焊工作时受力较大的焊缝，如在工地焊接梁的接头时，应先留出一段翼缘角焊缝最后焊接，先焊受力最大的翼缘对接焊缝，然后焊接腹板对接焊缝，最后再焊接翼缘角焊缝。

这样的焊接次序可以使受力较大的翼缘焊缝预先承受压应力，而腹板则为拉应力。

翼缘角焊缝留在最后焊接，则可使腹板有一定的收缩余地，同时也可以在焊接翼缘板对接焊缝时采取反变形措施，防止产生角变形。

钛合金焊接残余应力值随时间重分布的数值分析刘水清，潘广善（中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082）摘要：钛合金在室温、高应力条件下的存在明显蠕变现象，焊接钛合金板和壳体内含有较高的焊接残余应力。

因此，在焊接残余应力的作用下，钛合金材料会发生蠕变，使结构内固有应变发生变化，从而导致残余应力重分布。

本文忽略焊接工艺对材料蠕变特性的影响，采用数值计算方法对TC4钛合金薄板和薄壁球壳的焊接残余应力重分布现象进行了分析。

关键词：钛合金；焊接残余应力；蠕变；应力重分布中图分类号： U663.9 文献标识码：ANumerical Analysis of Welding Residual StressRedistribution With Time in Titanium AlloyLiu Shui-qing, Pan Guang-shan(China Ship Scientific Research Center, Wuxi 214082, China)Abstract:In room temperature, the titanium alloy has obvious creep phenomenon, when applied to high stress. Therefore, under the effect of welding residual stress, the creep of titanium alloy material willchange the eigenstrain in the structure, which results in the redistribution of welding residual stress. In this paper, the effect of welding process on the creep properties of material was neglected. The numerical simulation method was used to analyze the welding residual stress redistribution of welded TC4 titanium alloy thin plate and thin-walled spherical shell.Key words: titanium alloy；welding residual stress；creep；redistribution of stress0 前言由于钛及钛合金所具备高比强度、耐腐蚀、良好的韧性和声透性好等优点，使其在舰船、深潜器以及航空等领域被广泛使用。

焊接残余应力的主要研究内容包括应力的分布、影响以及消除和调整的方法。

焊接残余应力的分布在厚度不大的焊件中，焊接残余应力基本上是平面应力，厚度方向的应力很小。

在自由状态下焊接的平板，沿焊缝方向的纵向残余应力[6]X在焊缝及其附近一般为拉应力，在远离焊缝处则为压应力。

对于低碳钢和强度不高的低合金结构钢（屈服强度小于 400兆帕），焊缝上的残余应力[6]X可达到材料的屈服强度[6]S（图1 [焊缝中纵向残余应力分布]分布">）。

垂直于焊缝方向的横向残余应力[6]的分布与焊接顺序和方向有关，后焊的区段一般为拉应力，但平板对接焊时焊缝两端的[6]经常为压应力（图2[焊缝中横向残余应力分]分">[布]）。

厚板焊缝厚度方向的残余应力[6]与焊接方法有关。

电渣焊缝中[6]为拉应力。

多层焊缝则[6]较低。

[6]在厚度上的分布是中心部位最高，逐渐向表面过渡到零。

[6]X和[6]在焊缝厚度上的分布也是不均匀的。

电渣焊缝中心部位[6]X和[6]的数值大于表层。

多层焊缝则与此相反，表层应力大于中心部位（图3 [厚板多层焊缝中残余应力在厚度上的分布]）。

在拘束状态下进行焊接（如封闭焊缝）时，则可能在比自由状态下大得多的范围内出现较高的拉应力[6]X和[6]，因而是更为危险的内应力。

由于焊接残余应力受多种因素的影响，在实际工作中常常需要通过实验测定残余应力的大小和分布。

焊接残余应力的影响编辑本段焊接残余应力对焊件有 6个方面的影响。

①对强度的影响：如果在高残余拉应力区中存在严重的缺陷，而焊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降低。

在循环应力作用下,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焊件的疲劳强度降低。

焊件的疲劳强度除与残余应力的大小有关外,还与焊件的应力集中系数应力循环特征系数 [6][min]/[6][max]和循环应力的最大值[6][max]有关其影响随应力集中系数的降低而减弱,随[6][min]/[6][max]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[6][max]的增加而减弱。