焊接残余应力对构件的危害
钢结构设计(专科)——武汉理工大学
一、单选( 每题参考分值2.5分 )1、焊接残余应力对构件的（）无影响。
A. 变形B. 静力强度C. 疲劳强度D. 整体稳定正确答案是：【B】2、钢结构进行疲劳强度验算时，应注意（）。
A. 荷载采用基本组合B. 在完全压应力循环中，必须进行疲劳验算C. 疲劳验算采用容许应力幅法D. 应力循环次数不小于5×106时，才进行疲劳验算正确答案是：【C】3、直接承受动力荷载的大跨度结构应尽可能采用（）连接。
A. 粗制螺栓B. 精制螺栓C. 加叉焊缝D. 摩擦型高强螺栓正确答案是：【D】4、弯矩绕虚轴（x轴）作用的格构式压弯构件，计算其弯矩作用平面内整体稳定时，截面模量W1x=Ix/y0，图示两种双轴对称截面形式，其y0应分别取（）。
A. 83，113B. 176，207C. 176，146D. 144，132正确答案是：【C】5、当沿受力方向的连接长度时，螺栓的抗剪和承压设计承载力均应降低，以防止（）A. 中部螺栓提前破坏B. 端部螺栓提前破坏C. 螺栓受弯破坏D. 螺栓连接的变形过大正确答案是：【B】6、工字形截面简支梁，在跨中设侧向支承点，下列选项所示侧向支承位置，在（）时最好。
A.B.C.D.正确答案是：【A】7、钢材屈服点fy的高低反映材料（）A. 受静荷时的最大承载能力B. 受静荷时的最大变形能力C. 受动荷时的最大承载能力D. 受静荷时发生塑性变形前的承载能力正确答案是：【D】8、屋架的设计图纸上要求注明钢材牌号，最合理的选项是A. 3号钢B. Q235C. HPB235D. Q235-B正确答案是：【D】9、双肢格构式轴心受压柱，实轴为x－x，虚轴为y－y，应根据（）确定分肢间的距离。
A.B.C.D. 强度条件正确答案是：【B】10、图示普通螺栓连接，最不可能出现的破坏形式为（）。
A. 栓杆被剪断B. 板件孔边被挤坏C. 板件被拉断D. 螺栓被拉断正确答案是：【D】11、屋架的设计图纸上要求注明钢材牌号，最合理的选项是（）A. 3号钢B. Q235C. HPB235D. Q235-B正确答案是：【D】12、T形截面轴心受压构件，当其发生相对于对称轴的整体失稳时，最可能的失稳形态为（）。
焊接残余应力对钢构件受力性能的影响
图 １ （ 截面 翼缘 残余应 力分布 ａ）
（ 截面受力状态 ｂ）
在外 力作用下 ， 其截面应力是 由外荷载引起 的截 面应 力叠加截 面的残余应力 ，从而使 截面在 ｏ ＮＡ ｒ ／ ＝ 时处于弹性状态 ， 构件发生弯 曲失稳时的临界力为欧拉 临界：￣ ２ｒ ｌ２ Ｎ ＝ ７ ／，相应的 Ｅｌ
临界应力 ｏ ＝ｒ Ｉ 当 ｏ ＮＡ≥ 一 ， ｒ Ｔ ＥＡ 。 ｒ ／ ｏ 时 部分截 面将会提前屈 ￣ ２ ＝ ｒ 服， 进入塑性变形状态 ， 使整个截 面呈现出弹性 区和塑性 区 （ 见 图 １ ｂ） ， （ ） 随着 外荷载增 大 ， 面上 塑性 区变形增 大 ， 应力 截 但 不增加 。抵抗外荷载只 由弹性 区截 面承担 ， 整个截面 的有效惯 性矩变成截面弹性 区的惯性矩 ， 此时 的临界应力为 ： ＝ ｌＦ Ｔ Ｅ ， Ｉ
Ｋｅ ｒ ｓｒｓｄ ａ ｔｅｓｓ； ｌｓ ｃｄ ｆｒ ｔ ｎ； ｉｔｉｕｅ ｓｄ ａ ｔｅ ｓ ； ｔ ｓ ｅｆｒ ａ ｃ ｙｗｏ ｄ ：ｅｉｕ ｓｒｓｅ ｐａｔ ｅｏｍａｉ ｌ ｉ ｏ ｄ ｓｒ ｔｄｒ ｉｕ ｓｒｓｅ ｓｒ ｓｐ ｒｏ ｎ ｅ ｂ ｅ ｌ ｓ ｅ ｍ
０ 前
言
钢结构具有强 度高 、 自重轻 、 塑性 好 、 抗震性 能好 及施工速 度快等优点 ， 因而钢结构 广泛 用于单层 厂房 、 大跨及高层 建筑 。
，
时为止 。由于截 面残余应 力为 自相平衡应 力分布 ， 故静力荷 载 相等 ， 即残余应力不会降低构件 的静力强度 。但是塑性材料 在
一
定条件下 会失去塑性 ，变成脆性 或者构件材料塑性 较低 ， 残
余应 力将会影响构件的静力强度。因为构件无 足够 的塑性变形 产生 ， 在加载过程 中应力峰值 不断增加 ， 至达到材料 强度极 直 限后发 生破坏 ， 因而残余应 力对其有影响 。
焊接应力及焊接变形预防措施
钢结构工程焊接应力与变形差生的危害及采取的措施随着“绿色建筑”理念的推广，以钢结构件为主体框架结构结合复合砌筑体结构已成为一种必然趋势，因为以钢结构为主的框架结构的回收利用性有效避免钢筋混凝土结构建筑垃圾的产生，具有可持续性。
由于钢结构工程的特有型，焊接作业时钢结构工程最重要的工序之一，而焊接应力及焊接变形产生是影响钢结构安全性及可靠性的重要因素。
本文着重对焊接应力及焊接变形的危害及所采取的对应措施进行分析。
一、焊接应力与变形产生机理焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形。
在冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸而卸载，与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩也产生了相应的收缩拉应力和变形。
这种随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为瞬态应力与变形。
而焊后，在室温条件下，残留于构件中的内应力场和宏观变形称为焊接残余应力与焊接残余变形。
焊接残余应力和变形，严重影响焊接构件的承载力和构件的加工精度，应从设计、焊接工艺、焊接方法、装配工艺着手降低焊接残余应力和减小焊接残余变形。
二、焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施1．焊接残余应力的危害影响构件承受静载能力；影响结构脆性断裂；影响结构的疲劳强度；影响结构的刚度和稳定性；易产生应力腐蚀开裂；影响构件精度和尺寸的稳定性。
2．降低焊接应力的措施(1)设计措施尽量减少焊缝的数量和尺寸，在减小变形量的同时降低焊接应力；防止焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加；要求较高的容器接管口，宜将插入式改为翻边式。
(2)工艺措施采用较小的焊接线能量，减小焊缝热塑变的范围，从而降低焊接应力；合理安排装配焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力；层间进行锤击，使焊缝得到延展，从而降低焊接应力；焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条；预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）；采用整体预热；降低焊缝中的含氢量及焊后进行消氢处理，减小氢致集中应力。
浅谈焊接残余应力对结构的影响
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。
浅析焊接残余应力的产生及影响
浅析焊接残余应力的产生及影响焊接是一个复杂的、包含电弧物理、传热、冶金以及力学的钢结构工艺过程，对工程质量的好坏以及工程结构的安全有着直接的影响。
在进行焊接的过程中以及焊接完成之后，由于一些高度集中的瞬时热输入，焊接会产生很大的残余应力和变形。
焊接过程中的残余应力对焊接的结构的使用性能会产生极大的影响，所以，我们要对焊接的残余应力进行相关研究。
标签：焊接残余应力；成因；对焊接结构的影响0 引言焊接应力即是在焊接结构时由于焊接而产生的内应力，它可以依据产生作用的时间被分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。
所谓焊接瞬时应力是指在焊接的过程中某一个焊接瞬时产生的焊接应力，它是会跟着时间的变化而发生变化的，而在焊接之后，某一个受到焊接的焊件内还残留的焊接应力被称为焊接残余应力。
1 产生焊接残余应力的原因之所以会产生焊接残余应力，主要是由于焊件在焊接的过程中所受到的加热是不均匀的。
按照焊接残余应力的发生来源，可将焊接残余应力分为直接应力、间接应力和组织应力三种。
（1）直接的焊接应力是焊接残余应力所产生的最主要的原因，它是受到不均匀的加热和冷却之后所产生的，根据加热和冷却时的温度梯度而发生变化。
（2）间接的焊接应力则是焊件由于焊前的加工状况造成的应力。
焊件在受到轧制和拉拔时会产生一定的残余应力。
间接的残余应力如果在某一种场合下叠加到焊接的残余应力上去，焊件受到焊接发生变形，也会将其影响附加到焊接残余应力上去。
而且，焊件一旦受到外来的某一种约束，产生相应的附加应力，也属于间接应力的范畴。
（3）组织应力也就是由相变造成的比容变化而产生的应力，它的产生是由于焊件的组织发生了变化。
虽说组织应力会由于含碳量和材料其他成分的不同而产生差异，但我们一般都会将其所产生的影响进行分析研究。
2 焊接残余应力会对焊接结构产生哪些影响焊接是一个局部的受热不均匀、冷却不均匀的过程，加之受焊缝和靠近焊缝的温度场的影响，焊件的内部会有大小不同、分布不均匀的残余应力—应变场。
试析焊接残余应力对钢结构性能的影响作用
试析焊接残余应力对钢结构性能的影响作用作者张红随着社会经济及科学技术的发展，钢结构以其材料强度高、自重轻、延性及抗震性好、工业化程度高、施工速度快等多个优点在现代化建设中得到了广泛的应用。
钢结构是利用钢材设计制作成构件后通过一定的连接方式将构件连接形成的，焊接是常用的钢构件连接方法，焊接过程中产生的焊接残余应力对钢结构有着较大的影响，是实际工程中需关注的主要问题之一。
1焊接残余应力的产生原因焊接残余应力产生的主要原因是焊接过程中的局部不均匀热输入。
按应力分布形式分以下三种：1.1纵向残余应力沿焊缝长度方向的残余应力称为纵向残余应力（如下图1）,钢材焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，在焊接时，温度很高的焊缝及其附近区域和温度较低的临近区域会产生不均匀的温度场，进而产生不均匀的膨胀，低温度区的钢材膨胀小，限制高温度区钢材膨胀，产生热塑性压缩，冷却时，焊缝两侧钢材又会限制塑性压缩引起的焊缝缩短，产生纵向拉应力，由于焊接残余应力是一种内应力，无荷载作用，需要在焊件内部自相平衡，从而导致焊件上距焊缝稍远产生压应力。
图1纵向残余应力分布图2横向残余应力分布1.2横向残余应力横向残余应力是指垂直于焊缝方向的残余应力（如上图2）,受到塑性压缩焊缝的纵向收缩可使焊缝两侧的钢板形成反向弯曲变形，在两块钢板间会产生横向的拉应力，同时钢板的两端形成压应力；焊接时，焊缝焊接的先后顺序不同，先焊接的焊缝先凝固，可限制后焊接焊缝的膨胀，引起横向塑性压缩变形，冷却时，先焊接已凝固的焊缝限制后焊接焊缝的收缩形成横向拉应力，同时最后焊接的焊缝末端产生拉应力，两块钢板间的横向拉应力及两端的压应力与先焊接焊缝的横向拉应力及焊缝末端的拉应力合成最终形成焊缝的横向应力。
1.3沿厚度方向的残余应力焊件采用厚钢板时，焊接时需要多层施焊，由于焊接时不同厚度方向的温度分布不均匀，冷却时表面冷却较中间快，可在焊缝中间层形成拉应力，在外层形成压应力，从而形成除纵向和横向残余应力外的沿厚度方向的残余应力。
焊接应力产生的原因及处理方法
在冷热加工过程中，产生残余应力，高者在屈服极限附近。构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用；如降低构件的实际强度，降低疲劳极限，造成应力腐蚀和脆性断裂。并且由于残余应力的松弛，使零件产生翘曲，大大的影响了构件的尺寸精度。因此降低构件的残余应力，是十分必要的。
焊后消除应力处理：
1、整体热处理：消除应力的程度主要决定于材质的成分、组织、加热温度和保温时间。低碳钢及部分低合金钢焊接构件在650度，保温20~40h，可基本消除全部残余应力。
另外还有爆炸消除应力。
2、局部热处理：大型焊接结构，受加热炉的限制或要求不高时采用这种方法。可采用火焰、红外、电阻、感应等加热方式，应保持均匀加热并具有一定的加热宽度。低合金高强钢，一般在焊缝两侧各100~200mm。
（2）对结构刚度的影响：焊接残余应力降低结构的刚度。
（3）对受压构件承载力的影响：焊接残余应力降低受压构件的承载力。
（4）对低温冷脆的影响：增加钢材在低温下的脆断倾向。
（5）对疲劳强度的影响：焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显不利影响。
焊接变形的基本形式有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。
热时效（TSR）是将构件由室温（或不高于150℃）缓慢、均匀加热至550℃左右，保温4~8小时，再严格控制降温速度至150℃以下出炉，达到消除残余应力的目的，可以保证加工精度和防止裂纹产生。
振动时效（VSR）又称振动消除应力法，是将工件（包括铸件、锻件、焊接构件等）在其固有频率下进行数分钟至数十分钟的振动处理，以振动的形式给工件施加附加应力，当附加应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均化工件内的残余应力，使尺寸精度获得稳定的一种方法。这种工艺具有耗能少、时间短、效果显著等特点。近年来在国内外都得到迅速发展和广泛应用。
焊接应力的消除方法
焊接应力的消除方法一、什么是焊接应力焊接应力，是焊接构件由于焊接而产生的应力。
焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。
焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形；焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。
在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。
焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观。
二、焊接应力的危害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，随[6][max]的增加而减弱。
当[6][max]接近于屈服强度时，残余应力的影响逐渐消失。
②对刚度的影响：焊接残余应力与外载引起的应力相叠加，可能使焊件局部提前屈服产生塑性变形。
焊件的刚度会因此而降低。
③对受压焊件稳定性的影响：焊接杆件受压时，焊接残余应力与外载所引起的应力相叠加，可能使杆件局部屈服或使杆件局部失稳，杆件的整体稳定性将因此而降低。
残余应力对稳定性的影响取决于杆件的几何形状和内应力分布。
残余应力对非封闭截面（如工字形截面）杆件的影响比封闭截面（如箱形截面）的影响大。
④对加工精度的影响：焊接残余应力的存在对焊件的加工精度有不同程度的影响。
焊件的刚度越小，加工量越大，对精度的影响也越大。
⑤对尺寸稳定性的影响：焊接残余应力随时间发生一定的变化，焊件的尺寸也随之变化。
焊接残余应力
不同焊接顺序对横向应力σ’’y的影响
\\ y
\\ y
σs
从中间向两端焊
从两端向中间焊
不同焊接顺序对横向应力的影响
3) 总的σy
y
' y
'' y
大小受σs的限制
4)横向应力在板宽方向上的分布
横向应力沿板宽上的分布
焊缝中心应力幅值大，两侧应力幅值小，边缘处应力值为零。
环焊缝纵向应力与圆筒半径及焊 接塑性变形区宽度的关系
◇取决于圆筒的半径R、壁 厚δ、塑变区的宽度bp
2. 横向残余应力的分布σy
σ’y 由焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩引起的 σy= +(叠加)
σ’’y由焊缝及其附近的塑性变形区的横向收缩的不 同时性所引起的
1)σ’y分析：
➢两块平板对焊件，其纵向应力的分布是焊缝及其附近 的塑性变形区为拉应力，两侧为压应力。
一.焊接残余应力的分布
纵向应力σx：沿焊缝方向上的应力
横向应力σy：垂直于焊缝方向上的应力
σz： 厚度方向上的应力
1.纵向残余应力的分布
1) 纵向残余应力在纵向上的分布
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。
＋
420MPa
厚板V形坡口多层焊时沿厚度上的应力分布
4. 拘束状态下焊接的内应力
σ=σy+σf
结论：σ由拘束产生的反作用力σf与自由状态下焊接产生的横 向残余应力σy之和。
焊接残余应力影响构件的
焊接残余应力对构件的影响非常大。
焊接残余应力是指焊接时产生的固有压力，它可
能引起构件变形、脆性断裂、疲劳破坏等严重后果。
因此，正确控制和处理焊接残余应力
是构件质量保证和安全操作的重要内容。
一般来说，焊接残余应力的来源有两种，即焊接热形变和残余热形变。
焊接热形变是
指焊接过程中构件因焊接热影响而产生的形变，它主要由焊接温度、焊缝宽度、焊缝深度
和焊接接头等参数决定。
残余热形变则是指焊接后构件在冷却时候产生的形变，它主要取
决于焊接产生的温度、构件材料的热膨胀系数和构件的尺寸等参数。
为了控制焊接残余应力，首先要掌握焊接参数，确保焊接质量，其次要采取技术措施，如采用低温焊接、应力释放和温度控制等，以减少构件的变形和应力集中。
此外，还可以
采用应力消除技术，即用比较低温的温度对构件进行热处理或焊接，以消除焊接残余应力。
总之，焊接残余应力对构件的影响极其重要，正确控制和处理焊接残余应力是保证构
件质量和安全操作的关键。
焊接残余应力对焊接结构的影响
焊接残余应力对焊接结构的影响【摘要】阐述了焊接残余应力产生的原因及其影响因素，分析了焊接残余应力对焊接结构的影响，同时，就如何有效消除焊接残余应力进行了深入的探讨，为焊接残余应力提供了参考依据。
【关键词】焊接残余应力；焊接结构；影响钢材在冷却和焊接的过程中，由于收缩、膨胀的速度和程度不同，往往就会在焊接局部结构处形成很不均匀的温度场，从而产生塑性变形现象，而这种塑性变形是具有不可逆转性的。
在焊接完全冷却后，残留在焊件内的残余应力则为焊接残余应力。
焊接残余应力是焊接结构发生脆断的重要原因，焊接部位材料的有效比例极限会随着焊接残余应力的增大而大幅度降低，受压构件的刚度、焊接结构的耐腐蚀能力、抗疲劳能力都会随之而降低，另外，焊接残余应力还是焊接结构开裂、变形等缺陷的主要原因。
本文就焊接残余应力对焊接结构的影响进行探讨。
1 产生的原因及影响因素一般来说，都是由于焊接结构在焊接过程中受热不均匀而导致产生焊接残余应力。
焊接残余应力可分为沿厚度方向的焊接残余应力（图1）、横向焊接残余应力（图2）及纵向焊接残余应力（图3）1．1产生原因而按照发生的来源来分，焊接残余应力可以分为三种类型：一是，比热容变化产生的组织变化而引起的焊接残余应力，尽管不同的钢材具有不同的碳含量，但我们必须要充分考虑到平均冷却速度和相变温度；二是，直接产生的焊接残余应力，这种残余应力是焊接残余应力的关键，主要是由冷却的温度梯度和不均匀加热来决定的；三是，间接产生的残余应力，这种残余应力往往都是在焊接开始之前由于焊件加工所导致的。
如果焊件在焊接开始之前经过了拉拔或者轧刹之后，都会存在这种应力，也会在焊后的变形中产生附加性影响。
1．2影响因素影响焊接残余应力产生的影响因素主要有两种：一是，不同的焊接热源模型的影响。
焊接残余应力产生和焊接分析的关键性因素就是热源的输人类型，不同的热源模型往往会导致焊接温度场分布不同，进而造成焊接残余应力分布不同；二是，随温度变化的材料力学性能和热物理性能的影响。
焊接残余应力对构件的危害
焊接残余应力对构件的危害是1、对结构刚度的影响当外载产生的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点时，这一区域的材料就会产生局部塑性变形，丧失了进一步承受外载的能力，造成结构的有效截面积减小，结构的刚度也随之降低。
2、对受压杆件稳定性的影响当外载引起的压应力与残余应力中的压应力叠加之和达到屈服点口。
，这一部分截面就丧失进一步承受外载的能力。
这就削弱了构件的有效截面积，并改变了有效截面积的分布，降低了受压杆件的稳定性。
3、对静载强度的影响没有严重应力集中的焊接结构，只要材料具有一定的塑性变形能力，残余应力不影响结构的静载强度。
反之，如材料处于脆性状态，则拉伸残余应力和外载应力叠加有可能使局部区域的应力首先达到断裂强度，导致结构早期破坏。
4、对疲劳强度的影响残余应力的存在使变载荷的应力循环发生偏移。
这种偏移，只改变其平均值，不改变其幅值。
结构的疲劳强度与应力循环的特征有关，当应力循环的平均值增加时，其极限幅值就降低，反之则提高。
因此，如应力集中处存在着拉伸残余应力，疲劳强度将降低。
5、对焊件加工精度和尺寸稳定性的影响机械加工把一部分材料从焊件上切除时，此处的残余应力也被释放。
残余应力原来的平衡状态被破坏，焊件发生变形，加工精度受影响。
6、对应力腐蚀开裂的影响应力腐蚀开裂是拉伸残余应力和化学腐蚀共同作用下产生裂纹的现象，在一定材料和介质的组合下发生。
应力腐蚀开裂所需的时间与残余应力大小有关，拉伸残余应力越大，应力腐蚀开裂的时间越短。
焊接残余应力消除方法有：利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。
利用预热法来控制焊接残余应力构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。
焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。
利用“加热减应区法”来控制焊接残余应力焊接时，加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，就能减小焊接应力，这种方法称为“加热减应区法”，加热的部位就称之为“减应区”。
焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整的措施
焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整的措施摘要：焊接残余应力和焊接变形是钢结构产生变形和开裂的主要原因。
本文以焊接残余应力和焊接变形为对象，分别讨论了残余应力对钢结构刚度、静力强度、疲劳强度、应力腐蚀等的影响，促使结构发生脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀开裂、低温变脆等以及造成的焊接变形的种类。
应采取措施对焊接残余应力和焊接变形加以消除和调整。
关键词：钢结构焊接残余应力焊接变形钢结构是钢材通过一定的设计方法做成构件，构件再通过一定的连接方式连接成的整体结构承力体系或传力体系。
连接方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能。
焊接连接是目前钢结构最主要的连接方式。
但在焊接过程中，在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部的裂缝一旦发生，就容易扩展到整体。
一、焊接残余应力钢材的焊接是一个不均匀的加热和冷却的过程。
在施焊时，焊缝及其附近区域的温度很高，而临近区域温度则急剧的下降，导致不均匀的温度场。
不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，温度低的区域膨胀量小限制了高温度区域钢材的膨胀。
当焊接温度场消失后，构件内部产生应力，这种应力称为焊接残余应力。
（一）焊接残余应力对钢结构的影响1.对钢结构刚度的影响焊接残余应力使构件的有效截面减小，丧失进一步承受外载的能力。
焊接残余应力的存在还会增大结构的变形，降低结构的刚度。
2.对静力强度的影响由于焊接应力的自相平衡，使受压区和受拉区的面积相等。
构件全截面达到屈服强度所承受的外力与无焊接应力的轴心受拉构件全截面达到屈服强度时的应力相等，因此不影响静力强度。
3.对疲劳强度的影响残余应力的存在使应力循环发生偏移。
这种偏移，只改变其平均值，不改变其幅值。
当应力循环的平均值增加时，其极限幅值就降低，反之则提高。
4.对应力腐蚀开裂的影响应力腐蚀开裂是拉伸残余应力和化学腐蚀作用下产生裂纹的现象，在一定材料和介质的组合下发生。
钢结构复习资料
钢结构综合练习及解析（1） 一、选择题1．钢材的设计强度是根据（屈服点 ）确定的。
2．焊接残余应力对构件的（ 静力强度）无影响。
3．为提高轴心受压构件的整体稳定，在构件截面面积不变的情况下，构件截面的形式应使其面积分布（尽可能远离形心）。
4．轴心受压构件柱脚底板的面积主要取决于（基础材料的强度等级 ）。
5．在焊接组合梁的设计中，腹板厚度应（厚薄相当 ）。
6．焊接工字形截面梁腹板设置加劲肋的目的是（ 提高梁的局部稳定性）。
7．单轴对称截面的压弯构件，一般宜使弯矩（绕非对称轴作用 ）8．塑性好的钢材，则（一定具有屈服平台 ）。
9．在构件发生断裂破坏前，具有明显先兆的情况是（塑性破坏 ）的典型特征。
10．部分焊透的对接焊缝的计算应按（角焊缝 ）计算。
11．下列轴心受拉构件，可不验算正常使用极限状态的为（预应力拉杆 ）。
12．轴心受压构件发生弹性失稳时，截面上的平均应力（低于钢材比例极限p f ）。
13．梁的支承加劲肋应设置在（上翼缘或下翼缘有固定集中力作用处 ）。
14．双肢格构式受压柱，实轴为x －x ，虚轴为y －y ，应根据（x y λλ=0 ）确定肢件间距离。
15．弯矩作用在实轴平面内的双肢格构式压弯柱应进行（强度、刚度、弯矩作用平面内稳定性、单肢稳定性 ）和缀材的计算。
二、判断题1．碳的含量对钢材性能的影响很大，一般情况下随着含碳量的增高，钢材的塑性和韧性逐渐增高。
（× ） 2．试验证明，钢材的疲劳强度主要与构造状况、应力幅和循环荷载重复次数有关，而与钢材的强度并无明显关系。
（√ ）3．角焊缝中的最小焊缝尺寸t h f 5.1=，其中t 为较薄焊件的厚度（mm ）。
（× ）4．计算结构或构件的强度，稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值。
（√ ）5．构件的长细比是计算长度与相应截面积之比。
（× ）6．轴心受压构件，应进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度的验算。
焊接应力对构件的危害及消除
工艺与装备109焊接应力对构件的危害及消除王斌(山东临工工程机械有限公司，临沂276024)摘要：本文分析焊接应力存在对构件产生的危害，并提出有效消除措施。
关键词：焊接构件焊接应力危害消除策略引言在焊接构件时，势必会产生相应的焊接应力，这一应 力使普遍存在且不能彻底避免，如瞬时应力、残余应力等。
该应力会对焊接构件造成影响，进而导致焊接构件出现断 裂事故，想要避免焊件断裂事故的发生，需要找出有效的 消除策略，更好地提升构件整体质量和承载水平。
1焊接残余应力的构成机理构件在焊接过程中产生的焊接应力十分复杂，这是因 为构件自身的力学、物理等性能会随着温度变化而变化，简单来说就是不均匀温度场的变化，而温度场会随着焊接 构件外观、焊接工艺等诸多参数的变化而发生改变，从某 种程度上来说，不同构件的焊接应力存在明显差别。
例如，横截面积相等的金属构件会在不同的固定状态下发生不同 的变化，如图1所示。
不完全自由变形H11L〇无任何自由变形图1同等加热条件下不同固定状态金属构件的变化加热温度条件相同时，构件在不同固定状态下会发生 自由变形、不完全自由变形、无任何变形三种情况，这是 因为固定状态不同构件受热长度发生变化而产生不同的压 应力，通过公式ALT=aLG(T「T〇)、Er=ALT/L〇=c c(T「TQ)可计 算出变形率，即可在此基础上确定构件的焊接应力，奠定 焊接构件应力分析与消除的基础。
2焊接应力出现原因以及实际分布大量的理论与实践表明，在构件焊接期间出现焊接残 余应力是因为焊接这一工艺自身的实际特性以及焊接构件 接头设计的不合理等。
2.1焊缝尺寸与接头形式的设计不合理焊缝的尺寸会对焊接应力的大小造成直接的影响，所 以受热面积越大就会使焊接完成后残余应力增加&]。
一般 情况下，构件间的搭接方式主要有坡口型式、接头间隙、焊缝余髙等，因此一旦存在不科学、合理之处，都会对焊 接应力造成影响。
2.2焊缝数量及其布局的不科学如果构件在焊接期间焊缝疏密度不均匀或出现相互交 叉等现象，或封闭性的焊缝过多，都会在一定程度上造成 构件挠度变形及残余应力的出现。
焊接应力对构件的危害
焊接应力对构件的危害及消除在前期的文章中我们对车架焊接变形产生的原因及其解决措施的问题进行过分析探讨，其实在车架焊接变形过程中同时还伴随着焊接应力的产生，焊接应力的存在直接影响到车架结构的承载能力、降低焊接接头及整个车架构件的疲劳强度，在遇到外力作用时会产生疲劳断裂或者脆性断裂而引发事故。
这里我们将针对焊接应力对焊接构件的影响及其消除措施进行阐述。
大家都知道没有外力作用的情况下平衡于物体内部的应力称为内应力，引起内应力的原因很多，由焊接加工方法产生的内应力称为焊接应力，按照应力存在的时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。
焊接残余应力就是构件焊接及冷却后残留在焊件内部的应力，它对焊接构件的强度、腐蚀性能、尺寸稳定性等使用性能有着很大的影响。
在世界焊接史上有很多因焊接应力引起大型构件发生断裂的事故，如1938年—1940年期间，比利时Albert运河上先后有十多座威廉德式桥梁在载荷不大的情况下突然发生脆断事故，造成重大的经济损失。
最后专家调查分析确认是由于严重应力集中、残余应力高、钢材性能差，加上气温骤冷造成焊接裂纹扩展而脆断[1]。
在摩托车焊接构件上同样存在因焊接应力引起构件破坏的事例。
一．焊接残余应力的形成机理焊接应力的形成原因非常复杂，因为被焊接金属材料的力学性能和物理性能随温度变化，焊接过程又是一个不均匀的温度场在不断运动的过程，同时焊接温度场又因焊接接头的形状、尺寸、焊接工艺参数等不同而变化，因此分析起来千差万别。
我们举一个最简单的例子来说明焊接残余应力的产生。
图一是一根等截面的低碳钢杆件在三种不同固定状态下进行均匀加热时变化示意图。
a)自由变形将杆件一端固定，另一端不受任何约束，从T0进行均匀加热到T1，长度也由原来的L0伸长到L T，自由变形量为ΔL T，自由变形率为E T：ΔL T=αL0（T1- T0）E T=ΔL T/ L0=α（T1- T0）α——金属的线膨胀系数（1/K）相反，杆件从温度T1均匀冷却到T0时，长度也由恢复到原来的L0。
焊接后热处理技术及焊接残余应力的影响分析
焊接后热处理技术及焊接残余应力的影响分析焊件施焊后，结构受加热影响会出现局部塑性变形情况，温度降低后，焊件内部会残余部分应力，直接弱化工件机械强度，继而引发裂纹等不良现象。
作为技术人员试验后，应明确掌握焊接残余应力的影响因素与热处理技术，实现残余应力峰值的有效控制，确保焊接质量。
标签：焊接；热处理技术；残余应力受焊接原材料、热源等因素影响，焊接后会残余部分应力，直接降低焊接结构的静力、疲劳强度与刚度，缩短工件使用寿命。
热处理技术可有效消除焊接残余应力，但前提是合理模拟温度与应力场数值，确保焊接残余应力有效消除且处于平稳状态。
一、焊接残余应力主要影响因素1焊接原材料焊接残余应力直接受原材料熔化温度影响，两者存在正相关。
除此之外，残余应力还受弹性模量、屈服强度与膨胀系数等因素影响。
不同的原材料种类，弹性模量、屈服强度等反应不同，残余应力大小也不同。
尤其是膨胀系数，当去处于高温环境中时，温度会持续增加，呈线性增加状态[1]。
2焊接参数通常情况下，要求焊接电流不变，需要提高焊接效率，与此同时，此时焊接温度场将延长，焊接梯度、残余应力随之增加。
要求焊接速度不变，需要提升焊接电流强度，与此同时，焊接温度场长宽拓展，焊接梯度、残余应力随之增加。
3焊接热源焊接属于不均匀的局部加热过程，热源中心温度持续升高，焊缝施焊后，焊件不同点温度发生变化，温度场随之改变。
与此同时，焊件温度梯度、残余应力也受到影响。
4焊接比容焊件加热、冷却后，会出现相变作用，继而引起比容与性能等发生变化。
当钢材温度超过700℃时，会实现奥氏体、铁素体的转变，残余应力可不计，随着温度降低，碳元素数量与合金数量等不断增加，钢结构逐渐产生相变，在体积快速膨胀作用下，会形成残余应力[2]。
二、焊接残余应力对构件的危害1焊件静力强度下降焊件结构在承载力影响下，会产生一定的塑性变形能力。
屈服强度区域应力随者荷载力的增加而加大，不在屈服强度的区域应力也随之改变，此时，静力强度不受焊接残余应力影响。
焊接残余应力对钢结构性能的影响分析
改革 开放 以来 ，我 国的机 械 行业 得 到 了前所 未有 的 发展 。 目前 ，钢 结 构在 机械 制造 和现 代 建筑 业得 到 了广 泛应 用 ，其 不仅 强度 高 、 自重轻 ，而且 具有 良好 的抗震
上 ，钻孔 时注 意保 持钻 杆 与测 量表 面 垂直 ，中心 偏 差控
制在 Ｏ ． ０ ２ ５ ｍ ｍ 范 围 为 ，钻 孔 时速 度 要慢 、稳 ， 以免 引起 应 变 片的温度 漂移 。
２ ０ １ ７ 年 第０ ９ 期 （ 总第３ ９ ６ 期 ）
咿 南
（ ｃ ｕ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ Ｖ Ｎ ｅ Ｏ ｔ ｙ ． Ｎ ０ ９ Ｏ ． ２ ０ １ ７ ３ ９ ６）
．
焊接残余 应力对钢结构性能 的影 响分析
冯 艳
（ 山东能源重装 集 团内蒙古装备 制造 有 限公 司 ，内蒙古 鄂 尔多斯 ０ １ ６ ２ ０ ０ ）
２ ． ２ ． ２ 横 向残 余应 力 。与 焊 缝 方 向形 成 垂 直 的残
１ 实 验方 法
本 实验 采 用 厚 板对 接 焊 件 和Ｔ 型 部 分焊 接 作 为 测试 构 件 ，钢结 构 为低 合金 高 强度 结构Ｑ ３ ４ ５ 钢 ，钢 板厚 度 范
围在６ ～１ ５ ０ ｍ ｍ 之 间 ，允许偏 差 ２ ５ ｍ ｍ 。 目前钢 结 构 多采用
余应 力 被称 为横 向残余 应力 ，当纵 向收 缩 受到 塑性 压 缩 焊 缝时 ，其 两侧 钢 板将 会呈 现 出反 向弯 曲及 变 形 ，进 而
产生 横 向拉 应力 ，其两 端将 会产 生压 应 力 。通 常在 焊接
表１ ２ ０ Ｇ 与Ｑ ３ ４ ５ 钢 力 学性能指 标 比较
．
８ ０—
机械-残余应力对轴心受压构件整体稳定的影响
(b) 应力变化规律
σ=N/A
fy
C
fp
B
A
fy-σrc σrc
ε
0
(c) σ-ε曲线
显然, 由于残余应力的存在导致比例极
限 fp 降为:
f f
p
y
rc
σrc— 截面中最大的残余压应力
化，不 能忽视。
实测的残余应力分布较复杂而离散，分析时常采用其简化
分布图，典型截面和不同加工方式杆件纵向残余应力简图如下
:
0.361fy
+
- 0.805fy
& 0.3fy +
(b) 热扎H型钢
fy β1fy
0.3fy
(c) 扎制边焊接
fy 0.75fy
fy
β2fy
（3）残余应力对轴心受压构件整体稳定的影响
1）残余应力产生原因 钢材热轧、板边火焰切割、构件焊接、校正调直等过程中
不均匀的升温和冷却所引起的。 其中焊接残 余应力数值最大，有时可达到 fy 。
2）残余应力的分布 残余应力有平行于杆轴方向的纵向残余应力和垂直于杆轴
方向的横向残余应力两种。横向残余应力的绝对值一般很小 ， 而且对杆件承载力的影响甚微，故通常只考虑纵向残余 应力。 对厚板组成的截面，残余应力沿厚度方向有较大变
0.2fy
0.53fy
β2fy
(d) 焰切边焊接
(e) 焊接
( f ) 热扎等边角钢
3）残余应力影响下短柱的σ-ε曲线 以热扎H型钢短柱为例 ，忽略影响不大的腹板残余应力。
0.3fy 0.3fy
σrc=0.3fy 0.3fy
σ =0
fy
0.7fy<σ <fy
焊接残余应力不影响构件的试题
焊接残余应力不影响构件的试题
对于这个问题，需要进行以下几点解答：
1.什么是焊接残余应力？
焊接残余应力是指在焊接过程中因为材料热胀冷缩以及结构形变等因
素造成的残余应力。
这些应力可能会在焊接后一段时间内仍然存在，可能
会对构件的性能产生影响。
2.焊接残余应力会对构件的性能产生什么样的影响？
焊接残余应力可能会对构件的强度、变形、疲劳寿命等方面产生影响。
例如，焊接过程中产生的应力可能会导致构件的变形或者裂纹等问题，进
而影响构件的使用寿命。
3.焊接残余应力不影响构件的试题是否正确？
这个问题需要根据具体情况来做出判断。
一般来说，对于一些小型、
简单的构件，如果焊接残余应力得到了有效控制，那么其对构件的影响可
能是可以忽略不计的。
但是对于一些大型、复杂的构件，焊接残余应力的
影响可能是比较严重的，需要进行足够的分析和控制。
综上所述，焊接残余应力可能会对构件的性能产生不良影响，对于具
体的构件，需要对其进行适当的分析和控制，以确保其安全可靠。