焊接结构2.3
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力值就越低，到边缘上 y ＝0。
（三）厚板中的残余应力
❖当厚度超过25mm时，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 z 。
❖近年来的试验研究结果表明，这三个方向的内应 力在厚度上的分布极不均匀。其分布规律，对于不 同焊接工艺有较大差别
低碳钢电渣焊缝中的内应力分布
z
x
y
焊缝中心受较大的三向拉应力，其 塑性指标显著降低。
低碳钢多层焊时的内应力分布
、x 表面y 为较高的拉应力。 的数z 值较小，有可
能为压应力，亦有可能为拉应力。
大厚度合金钢接头中的残余应力分布
❖中心线上的表面横向应力比表面层以下的焊缝金
属低，其数值接近于零。表面 y 在Y轴上的分布，
在离焊趾20mm处有一峰值。 ❖这种分布规律可能与该钢的相变温度较低和焊缝 形状（较窄较深）有关。 ❖影响：最大横向残余应力存在于表面焊道下面几 层焊道中。有可能因为残余应力较大而产生延迟裂 纹，并向表面扩展。
➢当区段III恢复弹性时，其收缩受到区段I和II的拘，使
" y
扩展。
的y"分布与焊接方向、分段方法以及焊接顺序
有关。
❖当从中间向两端焊时，
" y
的分布是中心部分为压应力，
两端部分为拉应力。
❖从两端向中心部分焊接，则中心部分为拉应力，两端部
分为压应力。
❖直通焊的
"尾部是拉应力，中段压应力，起焊段由于必
质影响甚大。
钛材焊缝中的纵向应力较低，一般仅为 0.5-0.8 σs。铝材焊缝中的σx也较低，仅为 0. 6-0. 8 σs。
高强钢焊件中的最大残余拉应力不会达 到母材的屈服极限，而且残余拉应力区的宽 度可能变窄。
（二）横向应力σy
垂直于焊缝的横向应力σy分布情况比较复杂。 它可分为两个组成部分:
两端铰支的受压杆件，在弹性范围内工作时， 其失稳的临界应力，可由下式求得：
cr
2EI
l2F
E ：弹性模量；l：受压杆件的自由长度；
I：为构件截面惯性矩； F：截面积。
cr
2E 2
l
r
λ：细长比； γ：截面惯性距半径。
cr
2EI
l2F
Ix
B3b
6
' cr
cr
Ix Ix' F F'
受压焊接柱的弹性区与拉伸残余应力相对应， 如果能使残余拉应力区远离截面中性轴，则会大大 提高有效截面惯性距，从而提高临界应力。
1、由于焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩所
引起的，用 y表' 示；
2、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，用
表" 示。
y
纵向收缩所引起的横向残余应力的分布
横向收缩的不同时性所引起的横向残余应力的分布
由于焊缝不是同时完成的，各部分有先焊和后
焊之分。先焊的部分先冷却，后焊的部分后冷却。
段III的拘束，此时属于自由变形，不会产生横向残余应
力，只是接头宽度有微量缩小。
➢中间过程，区段II的焊缝金属恢复到弹性状态并开始
横向收缩，将受到区段I的拘束，在II段的上端和区段I的
下端产生横向拉伸应力，在区段I和II的结合处产生横向
压应力，此时区段III的焊缝金属处于完全塑性状态，对
区段II的横向收缩不起约束作用。
注意
反作用应力是拉应力，且分布范围大， 对结构的影响较大，在设计和施工时应 注意采取措施消除或减少。
（五）封闭焊缝所引起的内应力
板壳结构中，经常会遇到的焊接接管、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。封闭焊缝是在较大拘束下焊接的， 因此内应力比自由状态时大。
圆盘镶块封闭焊缝所引起应力均匀下
降 P B 。其回弹量为：
PL FE 等于无内应力时的拉伸变形 L 。显然卸载后的焊 接试板相对原始焊板增长了L' L 。
➢假使构件中存在着与外力方向一致的内应力，而
内应力的数值又达到 s ，则在外力作用下刚度将降
低，而且在卸载后构件的原来尺寸也不能完全恢复。 ➢刚度的降低程度与b/B的比值有关，b所占的比例 越大，对刚度的影响也越大。
关。d/D越小，拘束度越大，镶块中的内应力也越大。
d=300 mm d=600 mm
（六）相变应力
相变应变与温度
奥氏体转 变时，比容增大，不但可能抵消焊接时的部 分压缩塑性变形，减少残余拉应力，甚至可能出现较大的 压应力。
设母材的奥氏体转变温度 低于Tp，而焊缝为不产生相变 的奥氏体钢，则最高温度到达 Ac3 以 上 的 近 缝 区 （ bm ） 内 的 金属在冷却时其体积膨胀。 bm 区 内 的 相 变 将 带 来 压 应 力 , 在其它区域内将出现拉应力。
（四）在拘束状态下焊接的内应力
❖ 1、拘束状态下焊接的横向残余应力
结论： 由拘束产生的反作用力 f 与自由状态下焊 接产生的横向残余应力 y 之和。
❖ 2、拘束状态下焊接的纵向残余应力 结论：焊缝引起的纵向收缩受到限制，将产生纵
向反作用内应力 f 。焊缝还将引起纵向应 力 x ， 最终的内应力使二者的综合。
相变对残余应力的影响
设母材与焊缝同材 质，焊缝金属在冷却 时也和近缝区一样， 在比较低的温度下发 生相变。
相变对残余应力的影响
相变的局部纵向膨胀引起横向相变应力
由 mx 引起 my 的分布
my 在厚度方向上的分布
从上述分析可以得出如下结论：
相变时的体积膨胀，引起纵向压缩相变应力
mx 和厚度方向压缩相变应力 mz ，这两个方向
上的相变膨胀，可以在某些部位引起相当大的横
向拉伸相变应力 my ，这种拉伸应力是产生冷裂
纹的原因之一。
二、焊接残余应力的影响
（一）内应力对静载强度的影响
塑性材料在载荷作用下应力的变化
结论：
只要材料有足够的延性，能进行塑性变形， 内应力的存在并不影响构件的承载能力。也就 是说对强度没有影响。
脆性材料在载荷作用下应力的变化
❖35号钢和4Cr13等钢材焊后在室温和稍高温度 下存放发生内应力增加的相反现象。这是焊后 产生的淬火马氏休逐渐转化为回火马氏体过程 中体积有所缩小所引起的。
合金钢和中碳钢焊后产生不稳定组织， 因此内应力不稳定，构件的尺寸也不稳定。 保证构件的尺寸的高精度，焊后必须进行热 处理。
（五）内应力对受压杆件稳定性的影响
（七）内应力对应力腐蚀开裂的影响
应力腐蚀开裂（简称应力腐蚀）是拉应力和腐 蚀共同作用下产生裂纹的一种现象。 1、局部腐蚀造成小腐蚀坑和其它形式的应力集中， 以后又逐渐发展成为微小裂纹。 2、在腐蚀作用下，金属从裂纹尖端面不断地被腐 蚀掉，而在应力作用下又不断地产生新的表面，这 些表面又进一步被腐蚀。这样在应力和腐蚀的交替 共同作用下裂纹逐渐扩展。 3、当裂纹扩展到一临界值，裂纹就在应力作用下以 极快的速度扩展造成脆性断裂。
气体火焰加热翼板边缘
两板叠焊
❖焊接H形受压构件，焊后不处理的比焊后高温 回火消除内应力的临界应力低20-30％。而焊后又 在边缘进行堆焊，则临界应力可提高，其数值几 乎与高温回火消除内应力的构件相等。 ❖箱形截面的受压杆件，由于拉应力区离中性轴 较远，消除内应力与未消除内应力的临界应力相 差不多。 ❖内应力的影响只在构件的一定的长细比范围内 起作用。即30<λ <150范围内较明显。
影响焊缝纵向残余应力分布的因素 （1）、焊缝长度的影响
纵向残余应力沿焊缝纵截面上的分布
总结： 板条中部区，焊缝纵向残余应力基本保持不 变。在板条的端部存在一个内应力的过渡区，纵 向残余应力逐渐降至零。
原因：板条两端的边界条件与中间部分不同，拘束 度和热循环特性不尽相同，使两端的纵向残余应 力出现过渡区。
y
须满足平衡条件的原因仍为拉应力。
❖采用分段退焊和分段跳焊法，
的" 分布将出现多次交替的
y
拉应力和压应力区。值得注意的是分段跳焊法的峰值较其
他焊接顺序高。
横向应力的两个组成部分是同时存在的，最终 的横向应力是它们两者的合成。
横向应力在与焊缝平行的各截面上的分布大体 与焊缝截面上相似，但是离开焊缝的距离越大，应
r为径向应力（ y）， 为切向应力（ x）
❖径向应力 为拉应力，至外板边缘时应力为零。最大处
在镶板中心和焊缝处。
❖切向应力 在内板为拉应力，且在焊缝附近最大。由焊 缝向外延伸逐渐下降为压应力，由焊缝向中心 到达一均
匀值。
❖在镶块中部有一个均匀双轴应力场，切向应力 和径向 应力 相等，其数值与镶块直径 d 和圆盘外径 D 之比值有
先冷却的部分又限制后冷却部分的横向收缩，这
种限制和反限制就构成了横向残余应力 。
" y
具体分析其产生原因:
对接过程中，设将焊缝分为三个区域，电弧位 于某点时，区段I的焊缝金属恢复弹性，区段II的 焊缝金属处于完全塑性状态，区段III的焊缝金属 处于熔化状态。
➢ 开始，区段I的焊缝金属横向收缩不会受到区段II和区
（六）对刚度的影响
刚度：构件在外力作用下抵抗变形的能力； 伸长单位长度所需的外力。
tg F L E A L
L F L F L
AE B E
E ：弹性模量；L：构件长度； F：外力； A：构件截面积。
1、拉伸残余应力 1 s
L'
PL F' E
B
PL
b
E
tg' P L'
✓ 刚度减小
随着焊缝长度的缩短，纵向残余应力的稳定区将逐渐减 小，直至消失。在短焊缝中的纵向残余应力小于长焊缝中的 纵向残余应力，小于材料的屈服极限。因此，焊接工艺中常 将长焊缝分段焊接，以减小焊件中的纵向残余应力。
相关实验表明，焊缝中要产生稳定区，焊缝长度必须超
过450 mm。
（2）、材质的影响 焊件内纵向残余应力的大小和分布受材
厚度方向上的残余应力σz 。
在厚度不大（＜20mm）的常规焊接结构 中，残余应力基本上是双轴的，厚度方向上的 应力很小，忽略不计。只有在大厚度的焊接结 构中，厚度方向的应力才比较大。下面分别加 以讨论。
（一）纵向应力σx
焊接应力与变形演变过程， 室温时，焊缝及其附近区域 中的纵向应力是拉应力，数 值一般达到材料的屈服极限。
2、拉伸残余应力 1 s 1)、1 P B s 2)、1 P B s 卸载： s P B
重要结论
❖ 即焊接构件经过一次加载和卸载后，如再加 载，只要其大小不超过前一次，内应力就不再 起作用，外载也不影响内应力的分布。 ❖ 只适用于静载，对频率较高、次数较多的变 载荷另当别论，
去，如果工件中存在着内应力，那么把一 部分材料切去的同时，把原先在那里的内 应力也一起去掉，从而破坏了原来工件中 内应力的平衡，使工件产生变形。
保证加工精度的最彻底的办法是先消除焊接内 应力然后再进行机械加工。但是，有时也可以在机 械加工工艺土做一些调整来达到这个目的。
（四）焊接应力稳定性对机械加工精度的影响
2-3 焊接残余应力
焊接残余应力是影响焊接结构或焊接部 件的脆性断裂强度、疲劳强度、弯曲强度、 振动特性和抗腐蚀等性能的重要因素。同时， 焊接残余应力的存在还严重影响结构的机加 工精度和构件尺寸稳定性。
一、焊接残余应力的分布
分类
平行焊缝轴线方向的纵向残余应力σx; 垂直焊缝轴线方向的横向残余应力σy;
焊接应力稳定性：即焊接应力是否会在长期 存放过程中随时间变化，而破坏已经加工完毕的 工件尺寸的精度。
有关试验证明以下几点结论：
❖许多结构钢中的焊接应力是不稳定的。它随着 时间不断地变化。
❖不同材料中的内应力不稳定程度有较大差异。 ❖构件中原始应力大小不同，相同时间内降低的 百分比不同；内应力越小，则降低的百分比相应 减少。 ❖随着存放温度的上升，应力降低的百分比将迅 速增加。 ❖对于一些高强钢会因为残余奥氏体转变为马氏 体，内应力因马氏体的膨胀而降低，其降低百分 比远远超过低碳钢。
不锈钢的应力与断裂时间关系图
三、在焊接过程中调节内应力的措施
构件焊接性
材料的焊接适应性； 设计的焊接可靠性； 制造的焊接可行性。
焊接内应力也是从材料、设计和工艺方面来分析、解决。
（一）、选材措施
用于制造焊接结构的材料很大程度上应根据焊 接工程 的需要来选择。
材料因素对焊接变形的影响主要是材料特征值 熔点（Tm）、热膨胀系数（α）、热扩散率（a）、 弹性模量（E）、屈服极限（σs）比较评定。
max 2
max 0
单轴和三轴应力状态
注意
上面分析的是光滑构件，即在构件中没 有严重的应力集中的情况。关于焊接内应 力对带有尖锐缺口的构件，将产生脆性断 裂，在第四章焊接结构脆断内详细讨论。
（二）内应力对疲劳强度的影响
（三）内应力对机械加工精度的影响 机械切削加工把一部分材料从工件上切
（三）厚板中的残余应力
❖当厚度超过25mm时，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 z 。
❖近年来的试验研究结果表明，这三个方向的内应 力在厚度上的分布极不均匀。其分布规律，对于不 同焊接工艺有较大差别
低碳钢电渣焊缝中的内应力分布
z
x
y
焊缝中心受较大的三向拉应力，其 塑性指标显著降低。
低碳钢多层焊时的内应力分布
、x 表面y 为较高的拉应力。 的数z 值较小，有可
能为压应力，亦有可能为拉应力。
大厚度合金钢接头中的残余应力分布
❖中心线上的表面横向应力比表面层以下的焊缝金
属低，其数值接近于零。表面 y 在Y轴上的分布，
在离焊趾20mm处有一峰值。 ❖这种分布规律可能与该钢的相变温度较低和焊缝 形状（较窄较深）有关。 ❖影响：最大横向残余应力存在于表面焊道下面几 层焊道中。有可能因为残余应力较大而产生延迟裂 纹，并向表面扩展。
➢当区段III恢复弹性时，其收缩受到区段I和II的拘，使
" y
扩展。
的y"分布与焊接方向、分段方法以及焊接顺序
有关。
❖当从中间向两端焊时，
" y
的分布是中心部分为压应力，
两端部分为拉应力。
❖从两端向中心部分焊接，则中心部分为拉应力，两端部
分为压应力。
❖直通焊的
"尾部是拉应力，中段压应力，起焊段由于必
质影响甚大。
钛材焊缝中的纵向应力较低，一般仅为 0.5-0.8 σs。铝材焊缝中的σx也较低，仅为 0. 6-0. 8 σs。
高强钢焊件中的最大残余拉应力不会达 到母材的屈服极限，而且残余拉应力区的宽 度可能变窄。
（二）横向应力σy
垂直于焊缝的横向应力σy分布情况比较复杂。 它可分为两个组成部分:
两端铰支的受压杆件，在弹性范围内工作时， 其失稳的临界应力，可由下式求得：
cr
2EI
l2F
E ：弹性模量；l：受压杆件的自由长度；
I：为构件截面惯性矩； F：截面积。
cr
2E 2
l
r
λ：细长比； γ：截面惯性距半径。
cr
2EI
l2F
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B3b
6
' cr
cr
Ix Ix' F F'
受压焊接柱的弹性区与拉伸残余应力相对应， 如果能使残余拉应力区远离截面中性轴，则会大大 提高有效截面惯性距，从而提高临界应力。
1、由于焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩所
引起的，用 y表' 示；
2、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，用
表" 示。
y
纵向收缩所引起的横向残余应力的分布
横向收缩的不同时性所引起的横向残余应力的分布
由于焊缝不是同时完成的，各部分有先焊和后
焊之分。先焊的部分先冷却，后焊的部分后冷却。
段III的拘束，此时属于自由变形，不会产生横向残余应
力，只是接头宽度有微量缩小。
➢中间过程，区段II的焊缝金属恢复到弹性状态并开始
横向收缩，将受到区段I的拘束，在II段的上端和区段I的
下端产生横向拉伸应力，在区段I和II的结合处产生横向
压应力，此时区段III的焊缝金属处于完全塑性状态，对
区段II的横向收缩不起约束作用。
注意
反作用应力是拉应力，且分布范围大， 对结构的影响较大，在设计和施工时应 注意采取措施消除或减少。
（五）封闭焊缝所引起的内应力
板壳结构中，经常会遇到的焊接接管、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。封闭焊缝是在较大拘束下焊接的， 因此内应力比自由状态时大。
圆盘镶块封闭焊缝所引起应力均匀下
降 P B 。其回弹量为：
PL FE 等于无内应力时的拉伸变形 L 。显然卸载后的焊 接试板相对原始焊板增长了L' L 。
➢假使构件中存在着与外力方向一致的内应力，而
内应力的数值又达到 s ，则在外力作用下刚度将降
低，而且在卸载后构件的原来尺寸也不能完全恢复。 ➢刚度的降低程度与b/B的比值有关，b所占的比例 越大，对刚度的影响也越大。
关。d/D越小，拘束度越大，镶块中的内应力也越大。
d=300 mm d=600 mm
（六）相变应力
相变应变与温度
奥氏体转 变时，比容增大，不但可能抵消焊接时的部 分压缩塑性变形，减少残余拉应力，甚至可能出现较大的 压应力。
设母材的奥氏体转变温度 低于Tp，而焊缝为不产生相变 的奥氏体钢，则最高温度到达 Ac3 以 上 的 近 缝 区 （ bm ） 内 的 金属在冷却时其体积膨胀。 bm 区 内 的 相 变 将 带 来 压 应 力 , 在其它区域内将出现拉应力。
（四）在拘束状态下焊接的内应力
❖ 1、拘束状态下焊接的横向残余应力
结论： 由拘束产生的反作用力 f 与自由状态下焊 接产生的横向残余应力 y 之和。
❖ 2、拘束状态下焊接的纵向残余应力 结论：焊缝引起的纵向收缩受到限制，将产生纵
向反作用内应力 f 。焊缝还将引起纵向应 力 x ， 最终的内应力使二者的综合。
相变对残余应力的影响
设母材与焊缝同材 质，焊缝金属在冷却 时也和近缝区一样， 在比较低的温度下发 生相变。
相变对残余应力的影响
相变的局部纵向膨胀引起横向相变应力
由 mx 引起 my 的分布
my 在厚度方向上的分布
从上述分析可以得出如下结论：
相变时的体积膨胀，引起纵向压缩相变应力
mx 和厚度方向压缩相变应力 mz ，这两个方向
上的相变膨胀，可以在某些部位引起相当大的横
向拉伸相变应力 my ，这种拉伸应力是产生冷裂
纹的原因之一。
二、焊接残余应力的影响
（一）内应力对静载强度的影响
塑性材料在载荷作用下应力的变化
结论：
只要材料有足够的延性，能进行塑性变形， 内应力的存在并不影响构件的承载能力。也就 是说对强度没有影响。
脆性材料在载荷作用下应力的变化
❖35号钢和4Cr13等钢材焊后在室温和稍高温度 下存放发生内应力增加的相反现象。这是焊后 产生的淬火马氏休逐渐转化为回火马氏体过程 中体积有所缩小所引起的。
合金钢和中碳钢焊后产生不稳定组织， 因此内应力不稳定，构件的尺寸也不稳定。 保证构件的尺寸的高精度，焊后必须进行热 处理。
（五）内应力对受压杆件稳定性的影响
（七）内应力对应力腐蚀开裂的影响
应力腐蚀开裂（简称应力腐蚀）是拉应力和腐 蚀共同作用下产生裂纹的一种现象。 1、局部腐蚀造成小腐蚀坑和其它形式的应力集中， 以后又逐渐发展成为微小裂纹。 2、在腐蚀作用下，金属从裂纹尖端面不断地被腐 蚀掉，而在应力作用下又不断地产生新的表面，这 些表面又进一步被腐蚀。这样在应力和腐蚀的交替 共同作用下裂纹逐渐扩展。 3、当裂纹扩展到一临界值，裂纹就在应力作用下以 极快的速度扩展造成脆性断裂。
气体火焰加热翼板边缘
两板叠焊
❖焊接H形受压构件，焊后不处理的比焊后高温 回火消除内应力的临界应力低20-30％。而焊后又 在边缘进行堆焊，则临界应力可提高，其数值几 乎与高温回火消除内应力的构件相等。 ❖箱形截面的受压杆件，由于拉应力区离中性轴 较远，消除内应力与未消除内应力的临界应力相 差不多。 ❖内应力的影响只在构件的一定的长细比范围内 起作用。即30<λ <150范围内较明显。
影响焊缝纵向残余应力分布的因素 （1）、焊缝长度的影响
纵向残余应力沿焊缝纵截面上的分布
总结： 板条中部区，焊缝纵向残余应力基本保持不 变。在板条的端部存在一个内应力的过渡区，纵 向残余应力逐渐降至零。
原因：板条两端的边界条件与中间部分不同，拘束 度和热循环特性不尽相同，使两端的纵向残余应 力出现过渡区。
y
须满足平衡条件的原因仍为拉应力。
❖采用分段退焊和分段跳焊法，
的" 分布将出现多次交替的
y
拉应力和压应力区。值得注意的是分段跳焊法的峰值较其
他焊接顺序高。
横向应力的两个组成部分是同时存在的，最终 的横向应力是它们两者的合成。
横向应力在与焊缝平行的各截面上的分布大体 与焊缝截面上相似，但是离开焊缝的距离越大，应
r为径向应力（ y）， 为切向应力（ x）
❖径向应力 为拉应力，至外板边缘时应力为零。最大处
在镶板中心和焊缝处。
❖切向应力 在内板为拉应力，且在焊缝附近最大。由焊 缝向外延伸逐渐下降为压应力，由焊缝向中心 到达一均
匀值。
❖在镶块中部有一个均匀双轴应力场，切向应力 和径向 应力 相等，其数值与镶块直径 d 和圆盘外径 D 之比值有
先冷却的部分又限制后冷却部分的横向收缩，这
种限制和反限制就构成了横向残余应力 。
" y
具体分析其产生原因:
对接过程中，设将焊缝分为三个区域，电弧位 于某点时，区段I的焊缝金属恢复弹性，区段II的 焊缝金属处于完全塑性状态，区段III的焊缝金属 处于熔化状态。
➢ 开始，区段I的焊缝金属横向收缩不会受到区段II和区
（六）对刚度的影响
刚度：构件在外力作用下抵抗变形的能力； 伸长单位长度所需的外力。
tg F L E A L
L F L F L
AE B E
E ：弹性模量；L：构件长度； F：外力； A：构件截面积。
1、拉伸残余应力 1 s
L'
PL F' E
B
PL
b
E
tg' P L'
✓ 刚度减小
随着焊缝长度的缩短，纵向残余应力的稳定区将逐渐减 小，直至消失。在短焊缝中的纵向残余应力小于长焊缝中的 纵向残余应力，小于材料的屈服极限。因此，焊接工艺中常 将长焊缝分段焊接，以减小焊件中的纵向残余应力。
相关实验表明，焊缝中要产生稳定区，焊缝长度必须超
过450 mm。
（2）、材质的影响 焊件内纵向残余应力的大小和分布受材
厚度方向上的残余应力σz 。
在厚度不大（＜20mm）的常规焊接结构 中，残余应力基本上是双轴的，厚度方向上的 应力很小，忽略不计。只有在大厚度的焊接结 构中，厚度方向的应力才比较大。下面分别加 以讨论。
（一）纵向应力σx
焊接应力与变形演变过程， 室温时，焊缝及其附近区域 中的纵向应力是拉应力，数 值一般达到材料的屈服极限。
2、拉伸残余应力 1 s 1)、1 P B s 2)、1 P B s 卸载： s P B
重要结论
❖ 即焊接构件经过一次加载和卸载后，如再加 载，只要其大小不超过前一次，内应力就不再 起作用，外载也不影响内应力的分布。 ❖ 只适用于静载，对频率较高、次数较多的变 载荷另当别论，
去，如果工件中存在着内应力，那么把一 部分材料切去的同时，把原先在那里的内 应力也一起去掉，从而破坏了原来工件中 内应力的平衡，使工件产生变形。
保证加工精度的最彻底的办法是先消除焊接内 应力然后再进行机械加工。但是，有时也可以在机 械加工工艺土做一些调整来达到这个目的。
（四）焊接应力稳定性对机械加工精度的影响
2-3 焊接残余应力
焊接残余应力是影响焊接结构或焊接部 件的脆性断裂强度、疲劳强度、弯曲强度、 振动特性和抗腐蚀等性能的重要因素。同时， 焊接残余应力的存在还严重影响结构的机加 工精度和构件尺寸稳定性。
一、焊接残余应力的分布
分类
平行焊缝轴线方向的纵向残余应力σx; 垂直焊缝轴线方向的横向残余应力σy;
焊接应力稳定性：即焊接应力是否会在长期 存放过程中随时间变化，而破坏已经加工完毕的 工件尺寸的精度。
有关试验证明以下几点结论：
❖许多结构钢中的焊接应力是不稳定的。它随着 时间不断地变化。
❖不同材料中的内应力不稳定程度有较大差异。 ❖构件中原始应力大小不同，相同时间内降低的 百分比不同；内应力越小，则降低的百分比相应 减少。 ❖随着存放温度的上升，应力降低的百分比将迅 速增加。 ❖对于一些高强钢会因为残余奥氏体转变为马氏 体，内应力因马氏体的膨胀而降低，其降低百分 比远远超过低碳钢。
不锈钢的应力与断裂时间关系图
三、在焊接过程中调节内应力的措施
构件焊接性
材料的焊接适应性； 设计的焊接可靠性； 制造的焊接可行性。
焊接内应力也是从材料、设计和工艺方面来分析、解决。
（一）、选材措施
用于制造焊接结构的材料很大程度上应根据焊 接工程 的需要来选择。
材料因素对焊接变形的影响主要是材料特征值 熔点（Tm）、热膨胀系数（α）、热扩散率（a）、 弹性模量（E）、屈服极限（σs）比较评定。
max 2
max 0
单轴和三轴应力状态
注意
上面分析的是光滑构件，即在构件中没 有严重的应力集中的情况。关于焊接内应 力对带有尖锐缺口的构件，将产生脆性断 裂，在第四章焊接结构脆断内详细讨论。
（二）内应力对疲劳强度的影响
（三）内应力对机械加工精度的影响 机械切削加工把一部分材料从工件上切