焊接残余应力

焊接残余应力

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2023年2月21日发(作者：消防安全自查表)

浅谈焊接残余应力对结构的影响

【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，比如结构会由于焊接初始缺陷，导致在低应力下裂纹扩展而导致脆性破坏。

本文选取焊接残余应力为研究对象，分析残余应力下构件或结构的刚度、低温冷脆、

疲劳强度，并讨论残余应力给它们带来的影响。

【关键词】残余应力；焊接结构；影响

0.引言

焊接残余应力简称焊接应力，它是一种无荷载作用下的内应力。由于焊接的过

程是一个不均匀加热和冷却的过程，在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，不均匀

的温度场产生不均匀的膨胀，由此就形成了残余应力。残余应力的存在对结构的刚度、

受压构件的承载力、低温冷脆以及疲劳强度均会有一定的影响。

1•焊接残余应力的分类及产生的原因

焊接过程是一个对焊件局部加热继而逐渐冷却的过程，焊件由于焊接而产生的

内应力我们称之为焊接应力，对于钢结构而言，焊接残余应力和变形是影响结构断裂

强度、疲劳强度和结构稳定性的重要因素。从焊缝的方向，焊接残余应力可以分为三

类：

1.1沿焊缝长度方向的纵向焊接应力

施焊时，焊缝附近温度最高，在焊缝区以外，温度则急剧下降。由于不均匀温

度场的影响，温度高的钢材膨胀大，但受到周围温度较低、膨胀量较小的钢材所限制，

产生了热塑性压缩；焊缝冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向内收缩，但受到周围钢材

限制而产生收缩应力，这是垂直于焊缝方向的纵向拉应力就是纵向焊接应力。此时，

由于焊件不受约束，焊接产生的应力是自相平衡的应力，即由于在焊缝附近出现收缩

拉应力，则必然会在距焊缝稍远区段内产生压应力，可以把纵向焊接应力的这种分

布规律简称为热拉冷压”。

1.2垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力

横向焊缝产生的原因有两个：一是由于焊缝纵向收缩，使得被焊接的两块钢板

趋向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开,于是

两块钢板的中间会产生横向拉应力，而两端则产生压应力；二是由于先焊的焊缝已

经凝固，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向塑性压缩变形。而在焊后收

缩时，先冷部分就将受压，而后冷部分受拉。由于残余应力自相平衡，所以两部分的

焊接应力叠加形成了横向焊接应力，这种应力分布要比纵向焊接应力复杂。总结来

说就是先焊压后焊拉”。