焊接应力场测量方法

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大型水轮机分瓣转轮焊接应力测量

造成日后水电站运行中转轮变形的主要原因之一。
１水轮机转轮简介
二滩水电站水轮发电机组是我国已运行电站中单机容量最大的机组，准确掌握水轮机转轮中的为
焊接残余应力值，电站在机组首次安装过程中采用ｘ射线对５号转轮和４号转轮进行了应力测量。水轮机转轮直径６６ｍ（径５５ｍ）转轮３６ｒ喉ａ８０ｍ，高３３，片数１，１１ｍ叶３由加拿大ＧＥ公司设计制造… ，１转轮采用分瓣制造，现场组装焊接并精加工，１
摘
要：大型水轮机分瓣转轮焊接应力是转轮产生变形的重要因素之～，出了用Ｘ射线测量大型水轮机分瓣转提
轮焊接应力的新方法，给出了二滩水电站用该方法测量的结果，并指出大型水轮机分瓣转轮结构设计时必须考虑上冠和下环的联接方式，采用卡栓联接的分瓣转轮易于产生较大的残采焊接应力，卡栓联结工艺不利于转轮整体
近年来，随着二滩三峡等一批大型巨型水电站
的开工建设，相继出现了～批大型和巨型水轮发电机组，单机容量也由５０Ｍ跃升至７０Ｍ这些５Ｗ５Ｗ，大型水轮机的转轮大多采用分瓣制造，由于混流式水轮机转轮形状的复杂性，分瓣转轮的焊接应力是
ｃｎｉｅｅａｅｕｌ．ＴｅｃａｔｆｓｒｌｂｈｍｙＩａＯ／ｌｒｅｒｓ＆Ｅ／ｔｓｎｎｅ／ｇＣｌｏｅｉｖａｔ０ｏｓｄｒｄｃｒｆｌｙｈｒｆｏｌ：ｏｈｎｃ。ｔｉａｇｅｉａｓｅｓａｄａｎａｉａｌＮｙｒｌｅａｐｒｆｅＳ＇＇￣ｒｎｅｉ．ＩｓｏｌｅｓｕｉｄｍｒｅｐｙｆｒｔｉｃａｔｃｍＥｉｔｒｃｃ．ｔｔｈｕｄｂｔｄｅｏｅｄｅｌｏｓｒｆｏ：ｎｏｐａｔｅｈｉＫｅｏｄ：ｕｂｎｕｎｒｅｄｎ；ｓｅｓｙｗｒｓｔｒｉｅｒｎｅ；ｗｌｉｇｔｓ；ｍｅｓｒｇｒａｕｎｉ

钢结构焊接中的残余应力分析方法

局部-整体法的优势
能够兼顾计算精度和计算效率，适用于大型复杂焊接结构的残余应力分析。
03
钢结构焊接中的残余应力测量技术
X射线衍射法
01
02
03
04
原理
利用X射线在晶体中的衍射现象，通过测量衍射角的变化来计算残余应力。
优点
非破坏性测量，对试样无损伤，可测量小区域和复杂形状的构件。
缺点
设备昂贵，操作复杂，需要专业人员进行操作和分析。
将数值模拟得到的残余应力分布结果与实验结果进行对比分析，验证模拟的准确性。
模拟结果优化
针对误差来源进行模拟结果的优化和改进，提高数值模拟的精度和可靠性。
ABCD
误差来源分析
分析数值模拟中可能存在的误差来源，如模型简化、材料参数不准确等，并提出改进措施。
工程应用探讨
探讨数值模拟在钢结构焊接残余应力分析中的工程应用前景和局限性。
原理
利用超声波在材料中的传播速度与应力之间的关系，通过测量超声波传播速度的变化来计
算残余应力。
优点
设备相对简单，操作方便，可实现在线测量。
缺点
对材料表面粗糙度和温度等因素敏感，测量结果易受干扰。
应用范围
适用于各种金属材料和构件的表面残余应力测量。
应变片法
原理
在构件表面粘贴应变片，通过测量应变片电阻值的变化来计算残余应力。
求解过程
采用合适的数值方法求解边界积分方程，得到焊接过程中的温度场和应力
场分布。
材料本构关系与热源模拟
定义材料的本构关系和焊接热源模型，以模拟焊接过程中的热力学行为。
结果分析与验证
对求解结果进行可视化处理和数据分析，评估残余应力的分布和影响，并与实验结果进行对比验证。

焊接温度场和应力场的数值模拟

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沈阳工业大学硕士学位论文焊接温度场和应力场的数值模拟姓名：王长利申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：董晓强 20050310沈阳工业大学硕士学位论文摘要焊接是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。

焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。

一旦能够实现对各种焊接现象的计算机模拟，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。

本文在总结前人的工作基础上系统地论述了焊接过程的有限元分析理论，并结合数值计算的方法，对焊接过程产生的温度场、应力场进行了实时动态模拟研究，提出了基于ＡＮＳＹＳ软件为平台的焊接温度场和应力场的模拟分析方法，并针对平板堆焊问题进行了实例计算，而且计算结果与传统结果和理论值相吻合。

本文研究的主要内容包括：在计算过程中材料性能随温度变化而变化，属于材料非线性问题；选用高斯函数分布的热源模型，利用函数功能实现热源的移动。

建立了焊接瞬态温度分布数学模型，解决了焊接热源移动的数学模拟问题；通过改变单元属性的方法，解决材料的熔化、凝固问题；对焊缝金属的熔化和凝固进行了有效模拟，解决了进行热应力计算收敛困难或不收敛的问题；对焊接过程产生的应力进行了实时动态模拟，利用本文模拟分析方法，可以对焊接过程的热应力及残余应力进行预测。

本文建立了可行的三维焊接温度场、应力场的动态模拟分析方法，为优化焊接结构工艺和焊接规范参数，提供了理论依据和指导。

关键词：焊接，数值模拟，有限元，温度场，应力场沈阳工业大学硕士学位论文ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄＡｂｓｔｒａｃｔＷｅｌｄｉｎｇｉｓａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａ／ｐｒｏｃｅｓｓｗｌｆｉｅｈｉｎｖｏｌｖｅｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ，Ｍａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ，ｍｅｔａｌｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｆｒｅｅｚｉｎｇ，ｐｈａｓｅ?ｃｈａｎｇｅｗｅｌｄｉｎｇＳＯｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｏｎ，Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｈｉｇｈｑｕａｆｉｔｙｗｅｌｄｉｎｇｓｔｍｃｔｔｌｒｅ，ｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｔｏｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｉｆｃａｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅｂｅｓｔｄｅｓｉｇｎ，ｐｍｃｅｄｕｒｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｗｅｌｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ＢａｓｅｄＯｉｌｓｕｍｍｉｎｇｕｐｏｔｈｅｒ’Ｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｅｍｐｌｏｙｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌ删ｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｙｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅ３Ｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｎｕｓｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｏａｒｄｓｕｒｆａｃｉｎｇｂｙＦＥＭｓｏｆｔＡＮＳＹＳ．Ａｔｔｈｅｔｈｅｏｒｙｒｅｓｕｌｔ．ｓａｍｅｔｉｍｅ．ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔａｃｃｏｒｄｓｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔａｎｄＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐａｐｅｒａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｍａｔｅｒｉａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｏｃｅｄｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃｈａｎｇｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＧａｕｓｓａｓｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｃｈｏｏｓｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｍｏｄｅｌ．ｕｓｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｍａｎｄｔｏａｐｐｌｙｌｏａｄｏｆｍｏｖｉｎｇｈｅａｔＳ０１２Ｉｅ－２．ＡｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｗｅｌｄｉｎｇｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｍｏｖｉｎｇｏｆｔｈｅｈｅａｔｓｏＢｒｃｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｅｓｈｓｉｚｅ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｗｅｌｄｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒａｄｉｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａ比ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｆｕｓｉｏｎａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｂｅｅｎｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｒｔｈｅｕｎ—ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｌＴｅｓｓｉｓｓｏｌｖｅｄ；ｔｈｒｏｕｇｈｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌＳｌｌ℃ＳＳｉｎｗｅｌｄｉｎｇｃａｎｂｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｆｅａｓｉｂｌｅｓｌＩｅｓｓｄｙｎ黜ｆｉｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｎ３Ｄｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｏｎｆｉｅｌｄｈａｄｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＫＥＹＷＯＲＤ：Ｗｅｌｄｉｎｇ，ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，Ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ．２．独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

焊接残余应力测量

焊接残余应力测量焊接残余应力是指焊接后残留在焊缝和母材中的应力。

焊接是一种常用的金属连接方法，通过将两个或多个金属部件加热至熔点，使其熔化并在冷却过程中形成连接。

然而，在焊接过程中，由于热量的不均匀分布和不同材料的热膨胀系数差异等原因，会产生残余应力。

焊接残余应力对焊接接头的性能和寿命有重要影响。

高残余应力会导致焊接接头在使用过程中发生变形、开裂等问题，甚至造成焊接接头的破坏。

因此，准确测量和控制焊接残余应力对于确保焊接接头的质量至关重要。

测量焊接残余应力的方法主要有两种：非破坏性测量方法和破坏性测量方法。

非破坏性测量方法包括应变测量法、超声波法、磁性法和光学法等，这些方法可以在不破坏焊接接头的情况下进行应力测量。

破坏性测量方法主要是通过对焊接接头进行切割、拉伸、压缩等试验，然后通过测量变形和应力的变化来推断焊接残余应力。

应变测量法是一种常用的非破坏性测量方法。

该方法通过在焊接接头表面或母材上粘贴应变片，利用应变片的形变来计算残余应力。

应变片的粘贴位置应选择在焊缝附近，以获取最准确的应力测量结果。

应变测量法适用于各种类型的焊接接头，包括焊缝、角焊缝和对接焊缝等。

超声波法是另一种常用的非破坏性测量方法。

该方法通过利用超声波在材料中的传播速度和衰减来测量焊接接头中的应力。

超声波法可以测量焊接接头中的内部应力分布，对于大型和复杂结构的焊接接头尤为适用。

磁性法是一种基于磁性材料磁化特性的测量方法。

焊接接头中的残余应力会改变材料的磁性，通过测量磁性材料的磁场变化可以推断出焊接接头中的应力分布情况。

磁性法适用于各种类型的焊接接头，包括不锈钢、铝合金等。

光学法是一种通过测量焊接接头表面的位移和形变来推断残余应力的测量方法。

该方法可以使用光栅、激光干涉仪等设备进行测量，具有高精度和非接触的特点，适用于各种类型的焊接接头。

焊接残余应力的测量对于确保焊接接头的质量和安全至关重要。

选择合适的测量方法，并采取相应的措施来降低残余应力，可以有效提高焊接接头的性能和寿命。

热处理状态的焊接件应力集中检测

热处理状态的焊接件应力集中检测热处理状态的焊接件应力集中检测是指在焊接工艺完成后，通过合适的手段和方法，对焊接工件进行应力集中检测的过程。

焊接件在焊接过程中，由于热输入、冷却过程和焊接残余应力的引起，容易产生应力集中，从而影响焊接件的安全可靠性。

需要对热处理状态的焊接件进行应力集中检测，以提早发现潜在的问题，采取合适的措施加以解决。

1. 应力计测定法：这是一种常见的方法，通过在焊接件表面安装应力计，测定焊接点的应力大小。

该方法对于应力分布均匀的焊接件效果较好，但对于应力分布不均匀的焊接件则可能有一定的局限性。

2. 应力释放法：这是一种通过恢复焊接件在焊接前的初始应力状态来检测应力集中的方法。

具体操作是在焊接件进行焊接前，对其进行应力释放处理，使其回归到初始应力状态。

然后通过比较焊接前后的应力状态差异来判断应力集中的程度。

3. X射线衍射法：这是一种较精确的方法，通过进行射线衍射实验，分析焊接件材料的晶体结构和晶格常数来测定焊接点的应力大小。

该方法需要较为复杂的设备和操作，但可以得到较为准确的应力数据。

4. 磁力法：这是一种利用磁场来测定焊接件应力集中的方法。

具体操作是通过在焊接件表面产生磁场，然后通过磁力传感器测量磁场的变化来得到应力集中的信息。

这种方法操作简单，但适用性有一定的限制。

5. 超声波检测法：这是一种利用超声波来检测焊接件中应力集中情况的方法。

具体操作是通过超声波探头的放射和接收，测定焊接件中超声波的传播速度和幅度变化来判断应力集中的程度。

这种方法非破坏性，操作简便，但对焊接件材料的物理性质有一定的要求。

热处理状态的焊接件应力集中检测是一项非常重要的工作。

通过合适的方法来检测应力集中情况，可以提早发现问题，采取措施加以解决，从而保证焊接件的安全可靠性。

不同的方法有各自的特点和适用范围，需要根据具体情况选择合适的方法进行检测。

需要注意检测过程中的操作规范和安全措施，确保检测结果的准确性和可靠性。

焊接应力检测方法

焊接应力检测方法焊接应力检测方法主要分为两大类：非破坏性检测和破坏性检测。

1. 非破坏性检测方法：- 超声波检测：利用超声波的传播速度和反射特性检测焊接接头中的应力，常用于检测焊缝内部的缺陷和裂纹。

- 磁粉检测：利用涂有磁粉的表面检测剂，在施加外部磁场的情况下，观察磁粉是否被磁场吸引，以检测焊接接头的裂纹和缺陷。

- 声发射检测：通过检测焊接接头产生的声波信号，分析声波的特征来判断焊接接头的应力状态。

- 热成像检测：利用红外热像仪检测焊接接头表面的温度分布，进而推测焊接接头的应力情况。

2. 破坏性检测方法：- 拉伸试验：将焊接接头进行拉伸试验，通过测量其抗拉强度和伸长率等指标来评估焊接接头的应力情况。

- 冲击试验：将焊接接头进行冲击试验，通过测量其冲击韧性等指标来评估焊接接头的应力状态。

- 金相显微镜观察：对焊接接头进行金相试样制备，利用金相显微镜观察焊接接头的组织结构和裂纹情况，以判断焊接接头的应力状况。

需要注意的是，不同焊接材料和焊接方法可能需要采用不同的应力检测方法，具体选择何种方法需要根据具体的焊接情况和检测目的来决定。

除了上述提到的非破坏性和破坏性检测方法外，还有其他一些常用的焊接应力检测方法：3. X射线衍射法：通过测量焊接接头中的应力引起的晶格畸变，利用X射线衍射原理来检测焊接接头中的残余应力。

4. 电子背散射法：通过测量焊接接头中残余应力导致的电子背散射的强度变化，来评估焊接接头中的应力状态。

5. 针剂法：将特殊形状的针剂插入焊接接头内部，然后测量插入针剂的变形情况，来判断焊接接头的应力情况。

6. 应变计法：在焊接接头上粘贴应变计，通过测量应变计的变形来评估焊接接头中的应力状态。

7. 磁传导法：利用磁感应强度和磁导率的变化来检测焊接接头中的应力状态。

需要根据具体应用的要求选择合适的焊接应力检测方法，并结合实际情况进行综合分析和判断。

焊接接头的应力松弛及残余应力分析

焊接接头的应力松弛及残余应力分析焊接接头是工程中常见的连接方式之一，它通过熔化金属填充接头间隙，使接头部分形成一个整体，从而达到连接的目的。

然而，焊接过程中会产生应力，这些应力可能会导致接头的应力松弛和残余应力的产生。

本文将对焊接接头的应力松弛及残余应力进行分析。

一、焊接接头的应力松弛焊接接头的应力松弛是指焊接后接头内部的应力逐渐减小的过程。

焊接时，由于热量的作用，接头内部的金属会发生膨胀，形成应力。

随着焊接过程的结束，接头开始冷却，金属会收缩，从而产生应力松弛的现象。

应力松弛对焊接接头的影响是多方面的。

首先，应力松弛会导致接头的变形，使接头的尺寸和形状发生变化，从而影响接头的使用性能。

其次，应力松弛还可能导致接头的疲劳寿命降低，使接头容易发生疲劳断裂。

因此，在焊接接头的设计和制造过程中，应力松弛的控制是非常重要的。

二、焊接接头的残余应力焊接接头的残余应力是指焊接后接头内部仍存在的应力。

焊接过程中，由于金属的膨胀和收缩，接头内部会形成复杂的应力分布。

随着焊接过程的结束，金属冷却后，部分应力会被释放，但仍有一部分应力无法完全消除，形成残余应力。

残余应力对焊接接头的影响也是非常严重的。

首先，残余应力会导致接头的变形，使接头的尺寸和形状发生变化，从而影响接头的使用性能。

其次，残余应力还可能导致接头的开裂，使接头容易发生断裂。

三、焊接接头应力松弛和残余应力的分析方法为了准确分析焊接接头的应力松弛和残余应力，需要借助一些分析方法。

常用的方法包括有限元分析和试验分析。

有限元分析是一种数值计算方法，通过将接头划分为多个小单元，建立接头的数学模型，利用有限元法求解接头内部的应力分布。

这种方法可以较为准确地预测接头的应力松弛和残余应力。

试验分析是通过实验手段来分析接头的应力松弛和残余应力。

常用的试验方法包括应力松弛试验和残余应力测量试验。

应力松弛试验可以通过对焊接接头施加一定的载荷，观察接头的变形情况，从而分析应力松弛的程度。

破坏性测量焊接残余应力的方法及应用

破坏性测量焊接残余应力的方法及应用秦飞虎，刘勇，杨金，李强，赵太源，李亚军（中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司，四川成都 610100）[摘要] 焊接是金属材料制作和安装的一道重要工序，焊接过程中由于热胀冷缩引起的残余应力对工件机械性能、腐蚀性能、尺寸加工精度及稳定性有较大影响。

本文介绍了盲孔法、剥层法和切条法三种破坏性测量焊接残余应力的基本原理和方法，简述了各种测量方法的发展概况及应用现状，对评估工程结构焊件综合性能具有重要意义。

[关键词] 焊接残余应力；测量方法；破坏性；应用现状作者简介：秦飞虎（1974—），男，四川人，本科，高级工程师，主要研究方向为压缩机设计制造及性能评估相关工作。

焊接残余应力及变形一直是世界各国焊接专家、学者关注的问题。

焊接残余应力是由于焊接冷却时焊缝和焊缝附近的钢材受到周边材料的约束，不能自由收缩而产生的内应力。

焊接残余应力可分为沿焊缝长度方向的纵向焊接应力、垂直于焊缝方向的横向残余应力和沿厚度方向的焊接应力[1]。

焊接残余应力可引起焊接结构件的变形，甚至发生断裂现象。

因此为了进一步了解焊接工程中的残余应力，对工程结构件综合性能评估具有重要意义。

目前，焊接残余应力的测量方法可分为非破坏性（无损测量法）和破坏性（有损测量法），非破坏性测量法中X 射线法应用最为广泛，但只能测量材料表层残余应力，不能真实地反映焊接工件内部的应力分布；磁性法只适用于铁磁材料，而超声波检测法还处于实验室阶段，都不利于普遍推广应用[2-4]。

破坏性测量方法虽然对工件有损伤，但能真实反映出残余应力的分布状况，本文就三种破坏性测量方法盲孔法、剥层法和切条法进行介绍，了解它们测量的基本原理和特点，对选择合适的测量方法评估焊接残余应力具有重要意义。

1 测量方法1.1 盲孔法盲孔法又称钻孔法或小孔法，属于典型的局部破坏性测定方法，是破坏性测量方法中应用最为广泛的方法。

盲孔法是在焊接应力场内任意点处钻一个小孔，该点的应力被释放，残余应力重新分布，利用应力应变关系式换算出材料在焊接过程中产生的残余应力[5,6]。

X射线衍射在焊接件残余应力的测量

X 射线衍射测量焊接件残余应力一基本测量原理X 射线是一种电磁波，具有波粒二象性。

其波长在0.001—10nm 能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。

1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X 射线的空间衍射光栅,即当一束 X 射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。

分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。

这一预见随即为实验所验证。

1913年英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg ，W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl 、KCl 等的晶体结构,还提出了作为晶体衍射基础的著名公式──布拉格定律：λθn d =sin 2 式中λ为X 射线的波长，n 为任意正整数。

金属材料一般都是多晶体，在单位体积中含有数量极大，取向任意晶粒，因此在空间任意方向都能观察到任一选定的{hkl}晶面。

无盈利存在时，各个晶粒的同一{hkl}晶面族的面间距都为0d 。

当存在有平行于表面的张引力作用于该多晶体时，各个晶粒的晶面间距将发生不同程度的变化，但这些变化都是有规律的晶面间距的变化反映为衍射角的改变，X 射线衍射应力测定就是通过测量衍射角θ2相对于晶面方位（ψ：衍射面法线与试件表面法线的夹角）的变化率计算试件表面的残余应力。

用X 射线衍射法测量宏观应力，需要在平面应力状态假设下进行，即垂直试样表面的正应力和切应力都为零。

根据晶面间距的变化，可以计算出相应的{hkl}晶面应变值θθε∆-=∆=-=cos 0d d d d d根据上述应变，加以适当的刚度条件，则应力值计算M K E ∙=∙ψ∂∂∙∙+=ΦΦ180)(sin)2(cot )1(220πθθμσ式中，Φσ是x 方向的应力；K 是应力常数；0ψ是入射X 射线与试样表面法线的夹角；ψ是试样表面法线与衍射晶面法线的夹角；E 是弹性模量；μ是泊松比；0θ是材料在无应力状态下X 射线的衍射角；Φθ是材料在应力作用下X 射线衍射角。

焊接接头的力学性能测试与分析

焊接接头的力学性能测试与分析焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于工业制造和建筑领域。

焊接接头的力学性能测试与分析是确保焊接接头质量和可靠性的关键步骤。

本文将探讨焊接接头的力学性能测试方法和分析过程，以及其在工程实践中的应用。

一、焊接接头的力学性能测试方法1. 抗拉强度测试：抗拉强度是评估焊接接头质量的重要指标之一。

该测试方法通过在试样上施加拉力来测量焊接接头的最大承载能力。

测试结果可以用于判断焊接接头的强度和耐久性。

2. 冲击韧性测试：焊接接头在受到冲击或振动时可能发生断裂，因此冲击韧性是评估焊接接头可靠性的重要指标之一。

冲击韧性测试可以通过在试样上施加冲击载荷来模拟实际工况下的应力情况，从而评估焊接接头的抗冲击能力。

3. 弯曲强度测试：焊接接头在受到弯曲载荷时可能发生变形或破裂，因此弯曲强度是评估焊接接头可靠性的重要指标之一。

弯曲强度测试可以通过在试样上施加弯曲载荷来模拟实际工况下的应力情况，从而评估焊接接头的抗弯能力。

二、焊接接头力学性能分析过程1. 数据采集：在进行焊接接头的力学性能测试前，需要先采集相关的数据，如焊接接头的材料特性、焊接参数、焊接接头的尺寸和形状等。

这些数据将用于后续的力学性能分析。

2. 试样制备：根据测试要求，制备符合标准的焊接接头试样。

试样的制备过程需要严格控制焊接参数和焊接工艺，以确保试样的质量和一致性。

3. 力学性能测试：使用适当的测试设备和方法对焊接接头进行力学性能测试，如抗拉强度测试、冲击韧性测试和弯曲强度测试。

在测试过程中，需要注意保持试样的稳定和一致性，以获得准确可靠的测试结果。

4. 数据分析：根据测试结果，进行数据分析和处理。

可以使用统计学方法和力学模型来分析和解释测试结果，评估焊接接头的力学性能，并提出改进措施。

三、焊接接头力学性能测试与分析在工程实践中的应用焊接接头的力学性能测试与分析在工程实践中具有重要的应用价值。

它可以用于评估焊接接头的质量和可靠性，指导焊接工艺的优化和改进，提高焊接接头的性能和耐久性。

对焊接应力的认识

对焊接应力的认识一、引言焊接是一种常见的金属连接方法，通过加热金属材料使其熔化，并在冷却后形成连接。

然而，焊接过程中会产生应力，这些应力可能对焊接件的性能和可靠性产生重要影响。

因此，对焊接应力的认识和控制是焊接工艺中非常重要的一部分。

二、焊接应力的产生原因焊接过程中产生应力的主要原因有以下几点：1. 热应力：在焊接过程中，焊接接头周围的金属会因为加热而膨胀，而冷却后又会收缩。

由于不同部位的温度变化不一致，会导致金属产生热应力。

2. 冷却收缩应力：焊接后的金属在冷却过程中会收缩，如果焊接接头与周围材料的固定不当，就会产生冷却收缩应力。

3. 相变应力：某些金属在焊接过程中会发生相变，如奥氏体不锈钢在焊接后会发生铁素体相变，这种相变会导致应力产生。

三、焊接应力的影响焊接应力的存在会对焊接件的性能和可靠性产生重要影响，主要表现在以下几个方面：1. 变形和裂纹：焊接应力会导致焊接件发生变形，如果应力超过材料的承载能力，就会产生裂纹。

2. 强度和韧性：焊接应力会影响焊接接头的强度和韧性，使其与基材之间的连接变弱，从而降低了焊接件的整体性能。

3. 疲劳寿命：焊接应力会降低焊接件的疲劳寿命，使其更容易发生疲劳破坏。

4. 腐蚀性能：焊接应力会导致焊接接头周围的应力集中，从而降低了焊接件的耐腐蚀性能。

四、焊接应力的控制方法为了减小焊接应力对焊接件的影响，可以采取以下控制方法：1. 优化焊接工艺：通过调整焊接参数，控制焊接过程中的温度和冷却速度，减小焊接应力的产生。

2. 采用预热和后热处理：通过在焊接前进行预热，或者在焊接后进行后热处理，可以改善焊接接头的组织结构，减小焊接应力的产生。

3. 选择合适的焊接材料：选择具有良好焊接性能的材料，可以减小焊接应力的产生。

五、焊接应力的检测方法为了了解焊接接头中的应力分布情况，可以采用以下检测方法：1. X射线法：通过对焊接接头进行X射线照射和分析，可以得到应力分布的信息。

2. 应变测量法：利用应变计等测量设备，对焊接接头进行应变测量，从而得到应力分布的信息。

焊接温度场与应力场的数值分析

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哈尔滨工程大学硕士学位论文焊接温度场与应力场的数值分析姓名：夏培秀申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：何蕴增 20050201摘要本文用有限元方法研究了温度场和热应力的分布规律。

模拟对象一是开有圆孔的无限大薄板，另一个是两张对接焊的钢板。

文中对开有圆孔的无限大薄板的研究，一是假设材料的机械性能不随温度变化的情况下，计算出了开有圆孔的无限大薄板的稳恒温度场和弹性热应力的解析解。

二是用有限元法对该薄板进行了两种情况下的计算，一种情况是假设材料的机械性能不随温度变化，另一种情况是材料的机械性能随温度变化。

最后将计算结果进行了对比，证明了有限元解的正确性，同时说明了材料的机械性能随温度变化对板中的径向热应力的影响很大。

本文在对两张钢板对接焊的焊接应力的研究中，首先建立了一种计算简化模型；其次用有限元法对钢板的焊接应力进行了计算，计算结果与文献相吻合，钢板在靠近焊缝的区域内出现了拉应力。

并从理论上分析了该结果的合理性。

焊接应力的存在，会直接影响到结构的承载能力，为了保证焊接结构的安全可靠，准确的推断焊接过程中的力学行为和焊接应力是十分重要的课题。

因此本文的研究成果对科学研究和工程设计都具有重要意义。

关键词：热传导；热应力；热应变；有限元法；对接焊钢板ＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ＳＯｔｈａｔｔｗｏｔｙｐｅｓｏｆｍｏｄｅｌｓｗｏｕｌｄｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔｍｏｄｅｌ，ａｎｉｎｆｉｎｉｔｅｓｈｅｅｔｗｉｔｈａｃｉｒｃｕｌａｒｏｐｅｎｉｎｇ；ｓｅｃｏｎｄｏｎｅ，ｔｗｏｂｕｔｔ—ｗｅｌｄｅｄｓｔｅｅｌｂｏａｒｄｓ．Ｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｆｏｒｍｅｒｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｓｔｅａｄｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｅｌａｓｔｉｃｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｗｅｒｅｇｉｖｅｎｗｉｔｈｔｈｅａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｄｏｎｌｔｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＡｌｓｏＦＥＭｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｗｏｃａｓｅｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｉｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃａｓｅｄｏｎ。

超声波焊接撕力和拉力测试方法_概述及解释说明

超声波焊接撕力和拉力测试方法概述及解释说明1. 引言1.1概述超声波焊接是一种常用的无损连接技术，广泛应用于不同行业的装配和加工过程中。

超声波焊接强度的评估是确保焊接质量和性能的重要环节。

撕力和拉力测试方法被广泛应用于测量超声波焊接连接的性能和可靠性。

1.2文章结构本文将对超声波焊接撕力和拉力测试方法进行综述，并详细介绍其定义、原理、测试步骤和仪器设备以及结果解读和应用。

同时，将通过比较这两种测试方法的适用性、准确性和应用范围来评估它们在实际工程中的优缺点。

1.3目的本文旨在提供一个全面的概述，以便读者更好地了解超声波焊接撕力和拉力测试方法。

通过阐述这些方法的原理、步骤、设备以及结果解读，期望读者能够具备实施相应测试并正确解释结果的能力。

此外，通过比较这两种测试方法的优缺点，我们可以为超声波焊接过程中选择合适的测试方法提供指导，并展望未来在该领域改进的方向。

2. 超声波焊接撕力测试方法2.1 定义和原理：超声波焊接是一种常用的非常规焊接技术，通过利用超声波的机械振动能量来实现材料的焊接。

撕力测试是评估焊点强度以及材料的抗撕裂能力的一种常见方法。

超声波焊接撕力测试方法旨在对焊点进行施加剪切或拉伸力，并测定在达到断裂点时所需的最大撕裂或拉伸强度。

该测试方法基于原理，即当施加额外的外部力超过焊点上的临界值时，会导致材料脱离。

因此通过测量这个临界值，可以评价焊点质量和连接强度。

2.2 测试步骤和仪器设备：超声波焊接撕力测试通常包括以下步骤：1. 准备样本：根据需要制备要进行测试的样品。

2. 设置仪器：根据样品尺寸和要求设置测试设备，包括夹具、夹持装置等。

3. 进行预热：对于某些材料，可能需要进行预热处理以提高焊点质量。

4. 施加力：使用设备的移动部分施加剪切或拉伸力，直到材料发生断裂。

5. 测量力的值：记录在样品断裂前施加的最大撕裂或拉伸力值。

实施这些步骤需要一些特定的仪器设备，如焊接机、加载传感器、夹具等。

焊点拉力测试标准

焊点拉力测试标准一、测试目的焊点拉力测试的目的是评估焊接接头的强度和韧性，以确保其能够承受预定的拉力负荷，保证产品的质量和安全性。

二、测试原理焊点拉力测试采用拉伸试验的方法，将焊接接头置于拉伸应力作用下，观察其变形、断裂和失效的情况。

通过测量拉伸载荷和位移，可以计算出焊接接头的抗拉强度、伸长率和屈服强度等指标。

三、测试设备1. 拉伸试验机：应具备高精度载荷和位移测量系统，以及足够的拉伸空间，以满足不同类型焊接接头的测试需求。

2. 辅助设备：包括夹具、支架、防护装置等，以确保测试过程中的安全性和稳定性。

四、测试步骤1. 准备样品：选取具有代表性的焊接接头，其尺寸和形状应符合测试要求。

2. 安装样品：将样品放置在拉伸试验机的工作台上，确保夹具与样品适配。

3. 调整参数：设置拉伸速度、最大载荷等参数，启动试验机开始测试。

4. 观察记录：观察焊接接头的变形情况，记录载荷-位移曲线及各项力学指标。

5. 分析结果：根据测试数据，分析焊接接头的强度和韧性等性能。

五、测试标准1. 测试环境：应在室温、干燥的环境中进行测试，避免环境因素对测试结果产生影响。

2. 样品制备：样品应具有代表性，且焊接质量和外观应符合相关标准要求。

3. 设备校准：拉伸试验机应定期进行校准和维护，确保测量结果的准确性和可靠性。

4. 安全措施：在测试过程中，应采取必要的安全措施，如佩戴防护眼镜、手套等，确保操作人员的安全。

5. 数据处理：测试数据应进行统计分析，以评估焊接接头的性能差异及产品质量的一致性。

6. 结果评估：根据测试结果，对焊接接头的强度和韧性进行评估，判断其是否符合设计要求和相关标准。

如有需要，可对焊接工艺进行调整和优化，以提高焊接接头的质量和使用寿命。

7. 记录保存：测试过程中应做好记录，包括样品信息、测试参数、载荷-位移曲线等。

记录应清晰、完整，并保存至产品档案中以备查阅。

8. 异常处理：如遇到异常情况，如设备故障、样品失效等，应立即停止测试，并报告相关人员进行处理。

焊缝强度测试方法

焊缝强度测试方法焊接是一种用热能将两个或多个材料连接在一起的方法。

焊接过程中，焊接缝是焊接部分最脆弱的地方，因此焊缝强度的测试对焊接质量的评估至关重要。

本文将介绍几种常见的焊缝强度测试方法。

1.拉伸测试：拉伸测试是最常用的焊缝强度测试方法之一、该方法通过将焊缝放入拉力框架中，并逐渐施加拉力来评估焊缝的强度。

测试过程中，可以测量拉力与应变之间的关系，从而得出焊缝的拉伸强度。

此方法对焊缝的强度提供了很好的评估，因为焊缝通常在拉伸应力下最容易破裂。

2.剪切测试：剪切测试是另一种常见的焊缝强度测试方法。

该方法通过将焊缝放入剪切测试机中，并施加剪切力来评估焊缝的强度。

测试过程中，可以测量应力与位移之间的关系，从而得出焊缝的剪切强度。

剪切测试对于评估焊缝在剪切应力下的强度非常有效。

3.扭矩测试：扭矩测试是一种用于评估焊缝强度的方法，该方法适用于焊接接头的旋转部分。

在测试中，焊缝被置于扭矩测试机中，并施加扭矩。

然后，可以测量施加扭矩时产生的应力和位移，从而评估焊缝的扭矩强度。

4.压缩测试：压缩测试是一种测试焊缝强度的方法，适用于焊接接头的受压部分。

测试中，焊缝被置于压缩测试机中，并施加压缩力。

然后，可以测量施加压缩力时产生的应力和位移，从而评估焊缝的压缩强度。

5.冲击测试：冲击测试是一种评估焊缝强度的动态测试方法，用于评估焊缝在冲击负荷下的性能。

测试中，焊缝通常被置于冲击试验机中，并施加冲击负荷。

然后，可以测量冲击负荷下的位移和能量吸收，从而评估焊缝的冲击强度。

需要注意的是，不同的焊缝材料和焊接方法可能需要使用不同的测试方法来评估其强度。

因此，在进行焊缝强度测试之前，需要根据具体情况选择合适的测试方法，并确保测试设备和程序符合相关标准和规范。

总之，焊缝强度测试是评估焊接质量的重要方法之一、通过选择合适的测试方法并进行准确的测试，可以评估焊缝的强度，并确保焊接接头在工作条件下的可靠性和安全性。