1、焊接焊=火+日+干1 焊接接頭的殘余應力焊接接頭的殘余應力2 幾種典型的消應力原理幾種典型的消應力原理1 11 1 焊接接頭的特性焊接接頭的特性1 12 2 焊接殘余應力的形成過程焊接殘余應力的形成過程1 13 3 一般接頭的殘余應力分布一般接頭的殘余應力分布1 14 4 殘余應力對焊接結構的影響殘余應力對焊接結構的影響焊縫金屬熔合線熱影響區母材組織成分不同焊接變形與殘余應力焊趾與咬邊11 焊接接頭的特性焊接接頭的特性焊縫焊縫金屬金屬細晶細晶區區粗大珠粗大珠光體區光體區脆性區脆性區基本基本金屬金屬粗粗晶晶區區15001200750900400強度強度塑性塑性焊接接頭的力學性能焊接接頭的力學性能

2、韌性韌性粗細晶區粗細晶區細晶細晶區區基本金屬基本金屬焊縫焊縫金屬金屬粗晶粗晶區區15004007501200 900200屈服屈服強度強度（MPa）溫度溫度600400200實際曲線實際曲線簡化曲線簡化曲線12 焊接殘余應力的形成過程焊接殘余應力的形成過程溫度溫度500時間時間時間時間應力應力MPa600-ss-s加熱膨脹受拘束產生溫度應力（壓應力）壓縮屈服變形加熱膨脹受拘束產生溫度應力（壓應力）壓縮屈服變形冷卻收宿受拘束產生殘余應力（拉應力）拉伸屈服變形冷卻收宿受拘束產生殘余應力（拉應力）拉伸屈服變形焊接方向焊接方向1100800500300250600500300200-10-8-6-4-

3、202468100200400600800溫度位置cmABCDA600500600500BCD平板堆焊的縱向應力演變過程平板堆焊的縱向應力演變過程-10-8-6-4-202468100200400600800溫度位置cmABCABC焊縫各截面中的縱向殘余應力（焊縫各截面中的縱向殘余應力（x）的分布）的分布不同長度焊縫中的縱向殘余應力（不同長度焊縫中的縱向殘余應力（x）的分布）的分布ss13 一般接頭的殘余應力分布一般接頭的殘余應力分布塑性變形帶寬塑性變形帶寬Bp筒體筒體半徑半徑R板厚板厚 由于圓筒環焊縫的半徑在焊接后縮小，由于圓筒環焊縫的半徑在焊接后縮小，焊縫比在平板上有更大的自由度，故縱向焊

4、縫比在平板上有更大的自由度，故縱向殘余應力殘余應力xx一般比平板上的低。應力大小一般比平板上的低。應力大小取決于圓筒半徑取決于圓筒半徑R R、壁厚、壁厚以及塑性變形區以及塑性變形區寬度寬度bpbp。當壁厚不變，。當壁厚不變， x x隨隨R R的減小而降的減小而降低，隨低，隨 bp bp的減小而增加。的減小而增加。 例：例： 50mm50mm、R R700mm700mm、埋弧自動、埋弧自動焊，故縱向殘余應力平均值焊，故縱向殘余應力平均值xx124MPa124MPa。02004006008001000-0.20.00.20.40.60.8x/Ep圓筒半徑R,mmbp12bp20bp30bp40bp

5、50bp80筒體半徑筒體半徑R，mmx/Ep02004008006000。810000。20。40。60縱向應力縱向應力x引起的橫向應力引起的橫向應力y-+-x/3xysyy拘束條件對橫向應力的影響拘束條件對橫向應力的影響-125MPa240MPa230MPa280MPa125MPa85MPa420MPa厚度向厚度向應力應力z縱向應力縱向應力x橫向應力橫向應力y厚板焊接的三向殘余應力厚板焊接的三向殘余應力(10Cr2Mo)ZYX對靜強度的影響：對靜強度的影響：對塑性材料影響不明顯，但三軸拉應力時有對塑性材料影響不明顯，但三軸拉應力時有不利影響；不利影響；對脆性材料有不利影響。對脆性材料有不利影

6、響。對機加工精度的影響：對機加工精度的影響：由于殘余應力的不穩定性造成構件的尺寸不由于殘余應力的不穩定性造成構件的尺寸不穩定。穩定。對抗應力腐蝕性能的影響：對抗應力腐蝕性能的影響：有影響；與材料及作用時間相關。有影響；與材料及作用時間相關。殘余應力對受壓桿件穩定性的影響：殘余應力對受壓桿件穩定性的影響：一般影響不明顯，但對翼緣的寬度與厚度比一般影響不明顯，但對翼緣的寬度與厚度比（B/b)較大的較大的H型截面，其局部失穩會引型截面，其局部失穩會引起整體失穩；殘余應力將通過這一因素起起整體失穩；殘余應力將通過這一因素起作用。作用。Bb對剛度的影響：對剛度的影響：加載造成殘余應力的釋放，對運行的前期

7、有加載造成殘余應力的釋放，對運行的前期有影響。影響。PL1L2G1G2剛度剛度:G=tgP/LG1G2 對疲勞壽命的影響：對疲勞壽命的影響： 對對min/max比值較低的有影響；比值較低的有影響； 消應力可以提高疲勞壽命；消應力可以提高疲勞壽命； 殘余應力在應力集中較高時影響更大。殘余應力在應力集中較高時影響更大。Lg(N)d106107消應力消應力 整體熱處理整體熱處理 局部熱處理局部熱處理 機械拉伸、擠壓機械拉伸、擠壓 溫差拉伸、溫差控制焊接（低應力無變形焊接）溫差拉伸、溫差控制焊接（低應力無變形焊接） 振動振動* 表面沖擊（噴丸、錘擊或超聲沖擊表面沖擊（噴丸、錘擊或超聲沖擊*） 爆炸消應

8、力爆炸消應力 焊趾重熔焊趾重熔* 振動調制焊接振動調制焊接* 采用低溫相變焊材采用低溫相變焊材*21：振動時效：振動時效參數：激振力、激振點、支撐點、激振時間和激振頻率22：振動調制焊接振動調制焊接 試驗設計激振器激振器電渣焊電渣焊機頭機頭試板試板彈性減彈性減振基礎振基礎振動測振動測量系統量系統振動調振動調制主機制主機data0 data2 data1 0.3g時的基礎振型焊縫中心data1 data2 data0 0.6g時的基礎振型焊縫中心焊縫中心溫度溫度測量測量現場現場側彎試驗合格率側彎試驗合格率側彎試驗合格率側彎試驗合格率北京電視塔立柱北京電視塔立柱電渣焊冒孔測點電渣焊冒孔測點23：超

9、聲表面沖擊：超聲表面沖擊對電渣焊冒孔的沖擊對電渣焊冒孔的沖擊對比測點的布置對比測點的布置未沖擊測點未沖擊測點原位置原位置沖擊后測點沖擊后測點2淺打磨淺打磨沖擊后測點沖擊后測點1深打磨深打磨全焊縫表面全焊縫表面沖擊區沖擊區焊趾焊趾沖擊區沖擊區原始焊縫原始焊縫對比區對比區對埋弧焊焊縫的沖擊對埋弧焊焊縫的沖擊不同焊接工藝的殘余應力比較不同焊接工藝的殘余應力比較電渣焊沖擊前后應力的比較電渣焊沖擊前后應力的比較全熔透埋弧焊沖擊前后的應力比較全熔透埋弧焊沖擊前后的應力比較非熔透埋弧焊沖擊前后應力比較非熔透埋弧焊沖擊前后應力比較 超聲沖擊法對殘余應力在分布速度的影響超聲沖擊法對殘余應力在分布速度的影響051

10、015-600-400-2000200400Data: Data2_BModel: ExpDec1 Equation: y = A1*exp(-x/t1) + y0 Weighting:yNo weighting Chi2/DoF= 4350.3175R2= 0.97202 y0314.31938? 1.81631A1-891.20959? 7.96746t11.46063? .26324殘余 應力（MPa)測量深度（mm) 測量值 回歸 曲 線殘余 應力峰值下降20的交點（4.4,271)(1.5,0)24：焊趾重熔：焊趾重熔TIG重熔重熔TIG重熔的殘余應力重熔的殘余應力X射線法測定射線法測定25：應用低溫相變焊條的焊接殘余應力：應用低溫相變焊條的焊接殘余應力（Low Transformation Temperature