焊接残余应力的影响及测试
焊接结构的残余应力的研究
焊接结构的残余应力的研究【关键词】焊接结构；残余应力；消除方法0.引言人们对焊接应力的认识由来已久，但对其进行系统的研究时间并不长。
通俗来说，残余应力的产生是由焊接时零部件受热不均匀，而导致零部件内部受热产生的向外膨胀的力。
而在焊接后的零部件冷却阶段，在零部件会有一定的应力残留，即所谓的残余应力。
它对零部件的结构性能影响很大，必须设法消除。
1.焊接结构的残余应力对零部件的不良影响分析1.1残余应力对零部件疲劳强度的影响分析所谓零部件的疲劳强度，是指零部件在使用过程中能够保证基本性能不发生重大变化的时间，有时候也被称为疲劳寿命，它是检验零部件性能的一个重要指标。
根据一项研究，零部件疲劳强度受零部件材料、加工工艺以及焊接残余应力等因素的影响较大。
其中，焊接残余应力所构成的影响最大。
也就是说，一个构件的疲劳强度与焊接的应力循环有关，当一个构件的焊接的应力循环的平均值增加时，它的极限就会有所降低，所以说如果在构件的应力上存在着焊接结构的残余应力，那么这个构件的疲劳强度则会大大地降低。
而且，如果这种焊接残余应力的值达到了一定的程度，超过了零部件所能承受的最大限度，就会从根本上破坏零部件的结构性能，也就是说会使加工的零件失去使用价值。
因此，如果想让零部件的疲劳强度增大，就应当设法减小残余应力。
1.2残余应力对零部件的稳定性的影响分析无论在课堂上还是在实际生活中，我们都知道，每一种材料都有它自身的稳定性。
生产零部件所使用的材料也不例外。
当零部件受到各种压力、弯压时，构件就会出现各种不稳定的现象，比如说受压杆件会不稳定、焊件加工精度和尺寸会不稳定等。
而根据研究，当零部件受到焊接残余应力的影响时，零部件材料稳定性所受到的不良影响非常强烈。
例如，在焊接钢制结构的零部件时，残余应力会使零部件表面残生一些细微的裂缝或者氧化，严重破坏其化学稳定性，使其容易产生金属疲劳或者生锈，对它的正常使用也构成了非常不利的影响。
而且，当外面的压力与焊接结构的残余应力同时作用于构件时，会出现更加严重的问题，焊件会出现由于有效截面积严重不足而导致的受压杆件不稳定以及由于焊接结构的残余应力之前的平衡状态被破坏而导致的焊件加工精度和尺寸不稳定等等一些严重的问题。
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。
焊接技能培训中焊接残余应力与变形的控制
焊接技能培训中焊接残余应力与变形的控制焊接是常用的金属连接方式之一，但在实际应用中，常常会遇到焊接残余应力和变形的问题。
这不仅会影响焊接件的外观和尺寸精度，还可能导致焊接件的失真和性能下降。
因此，在焊接技能培训中，掌握焊接残余应力与变形的控制方法显得尤为重要。
一、焊接残余应力的形成及影响因素焊接残余应力是指焊接完成后，在焊接接头或焊接件内部产生的应力。
焊接残余应力的形成与以下几个因素密切相关：1. 温度梯度：焊接过程中，焊缝和母材的温度会发生梯度变化，由高温区到低温区，这导致焊接接头内部产生温度梯度。
温度梯度大的区域会产生较大的残余应力。
2. 冷却速度：焊接完成后，焊接接头会通过冷却过程逐渐降温。
冷却速度快会导致材料收缩不均匀，产生残余应力。
3. 焊接过程应力：焊接过程中，焊接接头受到的应力会造成临时的应力集中，这些应力在冷却过程中可能会转变为残余应力。
焊接残余应力的存在会对焊接件的性能造成诸多影响，主要包括以下几个方面：1. 引起焊接件的变形：焊接残余应力会导致焊接件发生变形，甚至出现失真。
特别是对于焊接构件尺寸要求较高的行业，如航空航天和造船业，焊接残余应力的变形问题更加突出。
2. 影响焊接接头的强度：焊接接头受到的应力过大，容易引起焊接接头的裂纹和断裂，降低焊接接头的强度。
3. 导致材料腐蚀和断裂：焊接残余应力会削弱材料的抗腐蚀性能，导致焊接件在使用过程中容易发生断裂。
二、焊接残余应力与变形的控制方法为了控制焊接残余应力与变形，以下是一些常用的方法：1. 预热与后热处理：通过预热可以减小焊接接头的温度梯度，使之更加均匀。
在焊接完成后，进行适当的后热处理，以缓解焊接残余应力。
2. 多道焊接：将焊接接头分成多段焊接，分多次进行焊接作业，以减小焊接接头的温度梯度和残余应力。
3. 应力消除：在焊接完成后，进行适当的热处理或机械加工，以消除焊接接头的残余应力。
4. 紧固装置：在焊接过程中，采用适当的紧固装置可以减小焊接接头的变形。
简述焊接残余应力对结构性能的影响
简述焊接残余应力对结构性能的影响焊接作为一种固定工具，在结构件中具有极其重要的地位，他能够把几个零件紧凑地结合在一起。
但是，焊接也会产生残余应力，这些残余应力会对结构的性能产生一定的影响。
因此，现在探讨焊接残余应力对结构性能的影响成为一个重要课题。
一般来说，在工程中，材料结构的性能受到残余应力的影响是很大的。
焊接残余应力是由焊接工艺所产生的作用力，它可能会导致结构件的变形、开裂或热收缩脆性断裂等，并影响结构件的性能。
首先，残余应力会影响材料结构的强度和弹性，如果焊接残余应力太大，它可以破坏材料结构的整体强度，从而加重结构件的强度，承载能力可能会受到影响。
同时，残余应力也会影响材料结构的抗弯性，这会导致材料结构的抗弯强度和抗弯刚度降低，从而损害材料结构的使用性能。
此外，焊接残余应力还可能会影响材料结构的抗拉强度和抗压强度，也会降低材料结构的安全性能和可靠性。
这是由于焊接残余应力在材料结构中存在拉应力、压应力和剪应力，这些应力都可能导致材料结构变形或断裂，使材料结构的可靠性和安全性受到影响。
最后，焊接残余应力也会影响材料结构的耐腐蚀性，如果焊接残余应力太大，它会加剧材料结构的腐蚀变形，从而影响材料结构的耐腐蚀性。
因此，可以看出，焊接残余应力会对材料结构的性能产生负面影响，包括强度、弹性、抗拉强度、抗压强度和耐腐蚀性等，这些都会影响材料结构的使用性能和可靠性。
因此，在焊接工艺中，应当采取一些恰当的措施，减少焊接残余应力，从而提高材料结构的使用性能和可靠性。
总之，焊接残余应力是材料结构性能的重要影响因素，值得予以重视。
在工程实际中，应利用各种方法和手段进行有效的控制，充分考虑焊接残余应力的影响，以提高材料结构的使用性能和可靠性。
焊接工艺对焊接残余应力的影响
焊接工艺对焊接残余应力的影响焊接是一种常用的金属连接方法，它的基本原理是在金属表面加热到熔点，并施加适当的压力，使金属发生熔化和冷却凝固的过程。
然而，在焊接过程中，由于金属的热膨胀和冷却收缩，会产生焊接残余应力。
这些应力不仅会影响焊接件的性能和寿命，还可能导致焊接接头的变形和裂纹。
因此，研究焊接工艺对焊接残余应力的影响是非常重要的。
一、焊接残余应力的形成机理焊接残余应力是指当焊接接头冷却后，由于冷却速度的不均匀和金属固态相变引起的体积收缩，使得焊接接头内部存在一定的残余应力。
焊接残余应力的形成机理主要包括以下几个方面：1. 热效应：焊接过程中的高温会引起焊接接头的局部加热和膨胀，而冷却过程中的快速降温又会引起金属的快速收缩，从而产生应力。
2. 宏观应变：焊接时，由于焊接接头的收缩受到约束，导致成分和结构发生变化，从而产生应力。
3. 相变热效应：焊接过程中，当焊缝区域的温度达到相变温度时，会产生相变热效应，导致局部区域的热膨胀或热收缩，进而产生应力。
二、焊接工艺参数的选择和控制对焊接残余应力的影响非常大。
以下是几个常见的焊接工艺对焊接残余应力的影响：1. 焊接电流和电压：焊接电流和电压对熔池的形成以及焊接接头的加热和冷却速度有直接影响。
较高的电流和电压会使熔池较大，并且使金属加热和冷却的速度快，从而产生较高的残余应力。
2. 焊接速度：焊接速度是指焊接过程中的焊接头的移动速度。
较高的焊接速度会导致焊缝短时间内的加热和冷却，从而产生较高的残余应力。
3. 焊接预热温度和保温时间：预热温度和保温时间可以改变焊接接头的温度分布和冷却速率。
适当的预热温度和保温时间可以减缓金属的冷却速度，缓解残余应力的产生。
4. 焊接序列和方向：焊接的序列和方向可以影响焊接残余应力的分布。
合理选择焊接的序列和方向可以使应力得到均匀分布，减少局部区域的应力集中。
5. 退火处理：退火是通过加热和保温来消除焊接件内部的残余应力。
合理的退火处理可以有效减小焊接残余应力。
残余应力的测试标准
残余应力的测试标准残余应力是指在物体内部或表面存在的一种应力状态，它是在物体内部或表面上由于加工、焊接、热处理等工艺过程中产生的应力。
残余应力的存在会对材料的性能和使用寿命产生一定的影响，因此对残余应力进行测试是非常重要的。
下面将介绍残余应力的测试标准及相关内容。
1. 测试方法。
残余应力的测试方法有很多种，常见的包括X射线衍射法、光栅法、中子衍射法、电子衍射法等。
其中，X射线衍射法是应用最为广泛的一种方法。
通过X射线衍射仪器可以测定材料内部的应力状态，得到残余应力的大小和分布情况。
2. 测试标准。
在进行残余应力测试时，需要遵循一定的测试标准，以保证测试结果的准确性和可靠性。
国际上常用的残余应力测试标准有ASTM E837-13、ISO 2360:2003、GB/T 2970-2016等。
这些标准对于测试方法、设备精度、样品制备、测试程序、数据处理等方面都有详细的规定，使用者可以根据实际情况选择合适的标准进行测试。
3. 测试样品。
在进行残余应力测试时，选择合适的测试样品对于测试结果的准确性至关重要。
通常情况下，可以选择金属材料、焊接接头、热处理件等作为测试样品。
对于不同材料和工艺的测试样品，需要根据标准要求进行制备和处理，以保证测试的有效性。
4. 测试结果。
残余应力测试的结果通常以应力大小和分布图形式呈现。
通过对测试结果的分析，可以了解材料内部或表面的应力状态，为进一步的工艺改进和材料设计提供参考依据。
同时，测试结果也可以用于评估材料的质量和可靠性，对于产品的使用和维护具有重要意义。
5. 应用领域。
残余应力测试在航空航天、汽车制造、电子设备、建筑结构等领域都有着广泛的应用。
通过对材料残余应力的测试，可以有效地预防材料的疲劳破坏、断裂和变形，提高产品的使用寿命和安全性，对于保障工程质量和产品质量具有重要意义。
6. 结语。
残余应力的测试标准对于保证测试结果的准确性和可靠性至关重要。
通过遵循相关的测试标准和方法，可以得到准确的残余应力测试结果，为材料的设计和工艺改进提供科学依据。
焊接工艺对接头残余应力的影响与优化
焊接工艺对接头残余应力的影响与优化引言：焊接是一种常用的金属连接方式，广泛应用于各个行业。
然而，焊接过程中产生的残余应力对接头的性能和寿命产生了重要影响。
因此，研究焊接工艺对接头残余应力的影响，并寻找优化方法，对于提高焊接质量和延长接头使用寿命具有重要意义。
一、焊接工艺对接头残余应力的影响1. 热应力影响焊接过程中，高温引起的热膨胀差异会导致接头产生瞬时应力，这种应力称为热应力。
热应力会导致接头变形和应力集中，进而影响接头的机械性能和疲劳寿命。
2. 冷却速率影响焊接完成后，接头会经历冷却过程。
冷却速率的快慢会影响接头的残余应力分布。
快速冷却会导致接头表面产生较大的残余应力，而慢速冷却则会使残余应力分布更加均匀。
3. 焊接方向影响焊接方向对接头残余应力的分布也有重要影响。
焊接方向与应力方向的一致性会减小接头的残余应力，反之则会增大。
二、优化焊接工艺以减小残余应力1. 控制焊接温度合理控制焊接温度可以减小热应力对接头的影响。
通过调整焊接电流、电压和焊接速度等参数，可以控制焊接温度在适当范围内，减小热应力的产生。
2. 采用预热和后热处理预热可以提高接头的温度均匀性，减小焊接过程中的温度梯度，从而减小残余应力的产生。
后热处理可以通过加热和保温等方式，使接头温度缓慢降低，有助于减小残余应力。
3. 优化焊接顺序合理的焊接顺序可以减小焊接过程中的残余应力。
通常情况下，从中心向外焊接可以减小残余应力的产生，因为这样可以减小焊接过程中的温度梯度。
4. 控制冷却速率合理控制冷却速率可以减小接头表面的残余应力。
可以采用保温措施或者控制冷却介质的温度来控制冷却速率，使接头的残余应力分布更加均匀。
结论：焊接工艺对接头残余应力具有重要影响，合理优化焊接工艺可以减小接头的残余应力，提高接头的性能和使用寿命。
通过控制焊接温度、采用预热和后热处理、优化焊接顺序以及控制冷却速率等方法，可以有效减小接头的残余应力，提高焊接质量。
因此，在实际焊接过程中，需要根据具体情况选择合适的焊接工艺，以减小残余应力对接头的影响。
钢结构焊接中的残余应力分析方法
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。
残余应力测试方法
残余应力测试方法残余应力是指材料或结构在受力作用后，未完全消除的应力。
残余应力的存在可能会对材料的性能和结构的稳定性产生影响，因此对残余应力进行测试和评估是非常重要的。
一、残余应力的形成原因1. 加工过程中的应力：在材料加工过程中，由于变形、切削或焊接等操作，会引入应力，这些应力可能会在材料中残留下来。
2. 热应力：材料在加热和冷却过程中，由于热胀冷缩不均匀，会产生热应力，这些应力也可能会残留下来。
3. 外部载荷：材料受到外部力的作用，如压力、拉力或弯曲力等，会导致材料产生应力，这些应力也可能会残留下来。
二、残余应力的测试方法1. X射线衍射法：通过测量材料中晶格的畸变程度来间接推测残余应力的大小和方向。
2. 中子衍射法：利用中子的衍射特性来分析材料中晶体的结构和应力状态。
3. 应变测量法：通过测量材料中的应变来推断残余应力的大小和分布。
4. 晶格畸变法：通过分析材料中晶格的畸变情况来评估残余应力。
5. 超声波法：利用超声波在材料中传播的速度和衰减情况来测量材料中的应力。
6. 磁性法：利用材料磁性的变化来分析残余应力的分布和大小。
7. 光学法：通过光学显微镜或偏光显微镜观察材料中的应力畸变情况。
8. 拉伸法：将材料进行拉伸测试，通过测量材料的应变和应力来计算残余应力。
三、残余应力测试的应用领域1. 金属材料：在金属材料的制备和加工过程中，残余应力会对材料的强度、韧性和疲劳寿命等性能产生影响，因此对金属材料中的残余应力进行测试是非常重要的。
2. 焊接结构：焊接过程中产生的残余应力可能会导致焊接接头的变形或裂纹，因此对焊接结构中的残余应力进行测试可以评估焊接接头的质量和可靠性。
3. 玻璃材料：玻璃材料在制备和加工过程中可能会产生残余应力，这些应力可能会导致玻璃材料的破裂或变形，因此对玻璃材料中的残余应力进行测试可以评估其稳定性和可靠性。
4. 复合材料：在复合材料的制备和加工过程中，残余应力可能会导致复合材料的层间剥离或破坏，因此对复合材料中的残余应力进行测试可以评估其性能和可靠性。
残余应力的危害及消除方法
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”。
显微硬度压痕法测量焊接微区残余应力
髓源工程焊接国际论坛ＩＦＷＴ２００５动转塔显微硬度计进行测量。
压痕大小测量在荷兰ＦＥｌ公司的Ｓｉｒｉｏｎ型场离子发射枪高分辨扫描电镜（ＳＥＭ）上进行，在高倍下精确测出压痕的面秘比，，这比般的光学会相品微镜的测量精度要高得多。
３实验结果及讨论３．１显微压痕与残余应力的关系图５是纯铜片样品经二点弯曲后受拉伸应力部位的显微硬度压痕和未弯曲时的同一区域乐痕的形貌特征。
可以看Ⅱｊ纯铜片被弯曲之后，表面产生了大量孪晶和滑移带，说明此处有较大的应力集中，如图５ａ所示。
与无变形的区域相比，有孪晶和滑移带区域的压痕并没有明显的增大趋势，但是其面积比Ｃ。
有较人的变化。
由测量可知，有变形和应力集中时产为１，０８０８５，无变形时∥为０９７０１ｌ。
可见，残余戍力对压痕面积影响并不是很大，而是很大程度影响Ｊ．压痕的面积比。
ａ）有批应力集ｒｆｌ区域的乐痕ｂ）无扣应力集巾区域的压痕图５纯铜中拉伴残余应力时压痕朐影响图６显示出随着弯曲度的增大，每次弯曲后得到的硬度值基本上是不变的。
这与Ｏｌｉｖｅｒ所得结果相符‘７一Ｉ，也说明我们的面积测量方法是准确的。
另外，Ｃａｒｌｓｓｏｎ等人”’”１也指出硬度只与残余应变有关，而与残余应力几乎无关，图６巾的曲线显示硬度几乎不变，可知在弯曲后产牛＾的残余应变极小，其值为常数。
在Ｃａｒｌｓｓｏｎ和Ｓｔｔｒｅｓｈ口’９１”１的研究中发现，当材料中存在拉伸残余应力时，压痕的面积比会小十没有残余应力时的面积比。
即面积比随着拉伸残余应力的增人而减小。
这是由ｆ其压痕的面积是根据加载卸载曲线获得的，主要由乐入深度ｈ决定，当存在批应力时，压痕的四周产生凹陷（Ｓｉｎｋ．ｉｎ）或凸起（Ｐｉｌｅ－ｕｐ）减小，造成真实面积Ａ［Ａ＝４ｈ２／（ｔａｎ２２。
）２】减小，从而得到的面积比减小。
而在本实验中，压痕面积比随着弯曲度的增大ｌ叮增大，压痕面积比随着弯曲度变化而呈线性变化，如图７所示。
这是由于我们的压痕面积测鼍是根据眶痕的‘个俯视图得到的（见图４）。
焊接残余应力
（3）X射线法
X射线衍射法是目前最为成熟而且应用范围也最为广 泛的测量结构表面残余应力方法，其优点如下：
（1）理论成熟，测量精度高，测量结果准确、可靠。 （2）由于X射线对材料的透射深度十分小，测定的
表面层深度仅为10-35um，因此测定的是材料表面 的应力状态，不会改变材料的状态，属于无损测量。
1
13
4A
1 4B
(1 3 )2 (22 1 3)2
2
13
4A
1 4B
(1 3)2 (22 1 3)2
tan 2 22 1 3 3 1
通孔应变释放系数A、B可由Kirsch理论解得到下面的公式；盲 孔法应变释放系数则需由标定试验确定。
1 d2
A 2E 4r1r2
B
在加载方向的径向应力 分布左图所示。若在钻孔前 将一应变片粘贴在受有应力 的板上，距孔边0.5到1.5d （为孔径）处，钻孔时应变 片将感受出因应力降低产生 的应变（图2中阴影所示）， 这个应变显然和孔边的应力 释放有关。
钻孔引起的弹性径向释放应力
盲孔法测试残余应力应变片示意图
释放应力计算公式
2、变形 定义：物体在外力或温度等因素作用下，其形状与
尺寸发生变化的现象。
3、焊接残余应力的影响因素
热输入
材料因素
制造因素
结构因素
材料特性，热物理 常数，力学性能
工艺措施 预热，缓冷
热膨胀系数
温
弹性模量
度
场
屈服强度
相变
焊接应力
边界条件， 夹持状态
内 拘 束 度
外 拘 束 度 构件形状尺寸 厚度及刚度
一、残余应力的基本概念
1、定义 内应力：当产生应力的因素不存在时（如外力去除、
焊接残余应力分析及消除方法
焊接残余应力分析及消除方法一、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和循环应力的最大值有关其影响随应力集中系数的降低而减弱，随的降低而加剧，随的增加而减弱。
当接近于屈服强度时，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。
焊件的尺寸稳定性又受到残余应力稳定性的影响。
⑥对耐腐蚀性的影响：焊接残余应力和载荷应力一样也能导致应力腐蚀开裂。
浅谈焊接过程中的焊接残余应力及其相关问题研究
浅谈焊接过程中的焊接残余应力及其相关问题研究摘要：在焊接过程中，由于加热和冷却循环作用的影响，极易造成焊接残余应力的产生。
本文就残余应力的产生原因及影响进行分析，希望对今后的建筑施工有所借鉴。
关键词：焊接；残余应力；焊接应力；影响Abstract: in the welding process, because heating and cooling cycle effects, is caused extremely easily welding residual stress of produce. This paper the residual stress causes and effects are analyzed, and the hope for future construction can draw lessons from it.Keywords: welding; Residual stress; The welding stress; influence一、引言在众多的能引起残余应力的因素中，焊接是非常重要的一种。
焊接是钢结构中的重要工艺，它运用加热或加压的手段将建筑部件有机地连接在一起或在其表面堆敷覆盖层的加工工艺，被广泛应用于航天、桥梁、压力容器等工业中。
焊接残余应力的产生会严重影响到钢结构制造过程本身和焊接结构的使用性能，直接影响到工程质量的优劣和结构的安全。
因此．应采取各种有效的措施减少焊接残余应力产生的危害。
二、焊接残余应力产生的原因在焊接过程中，由于受热不均匀，极易造成残余应力的产生。
如果按照发生源来分，焊接应力可以分为以下几种：一是直接应力。
直接应力是造成焊接残余应力的主要原因，这是由于在加热和冷却的时候温度不均匀造成的。
二是间接应力。
如果构件经过轧制或拉拔，就极易造成间接应力的产生。
这种残余应力在一定情况下容易叠加到焊接残余应力上面，焊接完毕后，在构件的冷却变形过程当中会加大残余应力的影响。
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。
残余应力及检测方法
残余应力及检测方法一、残余应力简介及检测方法对比众所周知，工件在制造过程中，会受到各种因素的作用与影响。
当这些因素消失之后，若构件所受到的作用与影响不能完全消失，则会有部分作用与影响残留在构件内，这种残留的作用与影响，称作残余应力。
残余应力对工件有着很大的伤害，会使工件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。
针对这一问题，在现在的科技环境下，产生了几种检测应力的方法，这几种方法都存在各自的优缺点，对比图如下：现阶段行业内主要使用以下几种方法检测残余应力：（1）盲孔法盲孔法的优点在于有较好精度，而缺点也比较明显，即检测过程中需要损坏材料的结构。
（2）X射线衍射法X射线衍射法经过了市场的检验，优点是技术较为成熟且稳定，缺点是检测仪器比较笨重，操作耗时且伴随着辐射。
（3）超声波应力检测法超声波应力检测法的优点在于操作简便、快速、不损伤材料，也不会对检测人员造成伤害。
而它的缺点就在于这是一项新的技术，虽然经过多家大型实验室的测验，但是市场检验度还不够高。
综合来看，超声波应力检测技术具有很大的现场适用性，下文对该技术进行详细介绍。
二、超声波应力检测技术1、超声波应力测试仪近些年国内超声波应力检测技术的研究进展较快，下图展示为我公司自主研发的一台超声波应力测试设备及配套软件，它是一款工业级高精度超声波应力测量设备，通过软件实现信号的激发和采集，根据声弹性理论进行残余应力的计算，可无损测定被测对象积聚的应力。
超声波应力测试设备（采集模块）超声波应力测试信号处理系统（显示操作模块）该设备符合国标GB/T 32073-2015《无损检测残余应力超声临界折射纵波检测方法》的要求，具备频率设置、滤波、超声激励、残余应力值计算等基本功能。
以下为该设备具有的优势和特点：•可同时测量应力、声时、壁厚、声速，实时显示超声波形，具有一定探伤功能；•配备高频数据采集卡，对上万次测量结果进行算法优化，测量结果更准确；•集成了温度传感器，通过温度补偿消除温度对检测结果的影响；•采集模块分体式设计，易于拆装，可无线连接显示操作模块，移动性强，易于现场使用；•设备可搭载锂电池独立供电，有效地解决了野外现场供电难的问题；•优良的抗干扰能力和可靠性，拥有出色的信噪比。
焊接过程中的变形与残余应力分析
焊接过程中的变形与残余应力分析引言：焊接是一种常见的金属连接工艺，广泛应用于制造业和建筑工程中。
然而，在焊接过程中，由于高温和冷却过程中的热收缩，会导致焊接件发生变形和残余应力。
本文将探讨焊接过程中的变形和残余应力产生的原因，并介绍一些常见的分析方法和解决方案。
一、焊接过程中的变形1.1 焊接热源对金属的影响焊接过程中，焊接热源的加热会引起焊接件的温度升高，导致焊接件发生热膨胀。
当焊接完成后，焊接件冷却时，会发生热收缩。
这种热膨胀和热收缩会导致焊接件发生变形。
1.2 焊接过程中的应力分布焊接过程中，焊接热源引起的温度变化会导致焊接件内部产生应力。
这些应力会导致焊接件发生变形。
特别是在焊接过程中，焊接件的不同部位会受到不同的应力作用，从而引起焊接件的变形。
二、焊接过程中的残余应力2.1 焊接残余应力的形成机制焊接过程中，焊接件在冷却过程中会发生热收缩，但由于焊接件与周围环境的约束，无法自由收缩。
这导致焊接件内部产生残余应力。
残余应力的大小和分布会影响焊接件的性能和使用寿命。
2.2 焊接残余应力对焊接件的影响焊接残余应力会导致焊接件发生变形、裂纹和变脆等问题。
残余应力还会降低焊接件的疲劳寿命和承载能力。
因此，对焊接残余应力进行分析和控制是确保焊接质量的重要环节。
三、焊接过程中变形与残余应力的分析方法3.1 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的分析焊接过程中变形和残余应力的方法。
通过建立焊接过程的数学模型，可以模拟焊接过程中的温度场和应力场。
这种方法可以预测焊接件的变形和残余应力，并优化焊接工艺参数。
3.2 实验方法实验方法是另一种常用的分析焊接过程中变形和残余应力的方法。
通过测量焊接件的变形和残余应力，可以了解焊接过程中的变形和残余应力分布。
实验方法可以验证数值模拟结果的准确性，并为焊接工艺的优化提供参考。
四、焊接过程中变形与残余应力的解决方案4.1 焊接变形的解决方案为了减少焊接变形，可以采取以下措施：- 优化焊接工艺参数，如焊接速度和焊接顺序，以减小热输入和热影响区域。
残余应力测试报告
残余应力测试报告1. 引言残余应力是物体在经历了外力作用后，消除外力作用后仍然存在的内部应力状态。
残余应力测试是一种评估材料或构件内部应力状况的方法，对于判断材料的工艺性能以及结构的可靠性具有重要意义。
本报告旨在对进行残余应力测试的方法、测试结果以及结论进行详细的描述。
2. 测试方法在本次残余应力测试中，我们使用了非破坏性测试方法进行测试，具体测试方法如下：1.X射线衍射法：X射线衍射法是一种常用的测试方法，可通过测量材料中的晶体结构来估计残余应力的大小和分布。
在测试中，我们使用了X射线衍射仪对待测试材料进行扫描，并分析衍射图谱来获得残余应力的信息。
2.中子衍射法：中子衍射法与X射线衍射法相似，但使用的是中子束而不是X射线束。
中子具有与材料发生相互作用时不同于X射线的特性，因此中子衍射法可以提供不同的测试结果。
我们在本次测试中也使用了中子衍射法来对测试样品进行分析。
3.光栅法：光栅法是一种基于光学原理的残余应力测试方法。
通过测量材料表面反射光的偏移来获得残余应力的信息。
在测试中，我们使用了专用的光栅仪器来对测试样品进行测试。
3. 测试结果经过以上测试方法的应用，我们获得了如下的测试结果：1.X射线衍射法：通过X射线衍射仪对样品进行测试后，我们得到了样品不同区域的衍射图谱。
进一步分析衍射图谱，我们获得了样品中的残余应力分布情况。
测试结果显示，在样品的表面以及深入一定厚度的地方都存在着不同程度的残余应力。
2.中子衍射法：使用中子衍射仪器对样品进行测试后，我们得到了样品的中子衍射图谱。
通过分析图谱，我们发现样品的不同位置存在着不同的残余应力大小。
尤其是在样品的焊接处以及表面附近的区域，残余应力较高。
3.光栅法：通过光栅仪器对样品进行测试，我们观察到样品表面的光栅条纹发生了偏移。
根据光栅条纹的偏移情况，我们可以推测样品的残余应力分布情况。
测试结果显示，在样品的边缘处以及焊接部位都存在着较大的残余应力。
4. 结论根据以上测试结果，我们得出了以下的结论：1.测试样品在进行加工和焊接过程中产生了残余应力，并且这些残余应力在不同区域存在着差异。
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（ Ｂ ｏ２ ） ｅ（ Ｂ ｉ２ ） ＋ ｃｓ ￣ － ｊ Ａ＋ ｓ ￣ ｎ ２ （ｉ２ ＋ ０２） ＡＢ ｓ ｐ ｃｓｑ ｎ ）
构件 的形状 和尺寸精度 发生变 化 ， 降低其使 用性能 ：
而应力重 新分布则 使残余应 力 降低 ，可 以提 高焊件
的承载能 力和使用 寿命 。
的能力 因此 ． 残余应 力 的特点 及残余 应力检测 了解
方法具有 重要意义
焊接残余 应力 没有 明显 的外部 表现 ，它 和残余
变形是 同时产生的。残余变形是生产单位极为重视
程 中已经有 塑性 变形 发牛 ，口 要经历 较长 时间方 埔旨
２
，
根据 虎 克定 律便 可 按 下列 公 式计 算 ｆ 主应 力 ¨
Ｏ 、－ 纵 向应 力ｄ （ 焊 缝 方 向 的应 力 ） 大小 以 －Ｏ及 ｒ沿 的
及主应力 的方 向 。
ｒ 一
能稳定 。故 研究 某种材 料所 得到 的应变 示 值趋于
所 引起 的工作应 力将与 焊接残余 应力互 相叠加 。如 果两种 应力 的性 质不 同 、 向相反 ， 方 叠加 的结果将提 高构件 的承载能力 ：如果 两种应 力的性质 和方 向相 同 ，叠加后 的应力数 值往律 在构件 的局部 区域 超过
２ 盲 子 测试 应 力 法 Ｌ
盲孔测 试应 力法基本属 于无损检 测 ， 比较 可靠 ， 已成 为现场测 量 的一 种标准试 验方法 。 试时 ， 工 测 在 件 的待 测处粘贴 一应变 花 ，在应 变花 圆心位置钻一
的， 但残 余应 力的存在 则不易被 发觉 ， 至往往被忽 甚 视 。在焊 接件服役 过程 中发现残余 应力 的存 在和作 用时， 残余 应 力ｌ 早已造成某 种事故 ， 例如焊接 件精度 下 降或局部破 坏等 。因此通 过测试手段 掌握焊接 件
残余应 力 的分布 ，就成 为控制 和改善 它的先决技术
稳定 的时 间不一 定适， 于其 他材 料 Ｌ ｝ ｊ 而有 必要研
占（ ＋ ｓ ２￣－ ２ Ｂ ｏ２ ｌ Ｂ ｉ ｑ） ｇ（ Ａ ｎ ４＋ ｃｓ￣） ２ （ｉ２ ＋ ０２ ４ ｓ ｃ ｓ ） ｎ
２
究测试 读数 的时 间与测 试应 变 的关系 ，以提 高测试
精度 。肓孔 法测 量 的精 确性 还取 决于应 变 片粘岵位
应 变愈 大 ， 敏度 也愈 高 。通 常 表 面残 余 应 力是 平 灵
面应 力状 态 。测 出钻 孑 前后 各应 变 片 的应 变 值 、 Ｌ
ｏ ￣
方 可结 束 。 不 同的材料 所经 历 的热作用 、 但 组织 转变 是不 同 的 ， 热 能力也 有相 当大 的差异 ． 因钻削过 传 ． 还
Ｙ Ｎ ＪＵ ＹＵ Ｆ Ｎ× 礴 究 与 分 析 Ａ Ｉ Ｅ ｌ
零 ， 中的残余 应 力被 释放 ， 力场 原有 的平 衡亦被 其 应
破 坏 。盲 孔周 围的应 力将 重 新 分布 ， 力场 将重 新 应
达 到平衡 。粘 贴在 小孑 周 同 的应变 片在钻 孔后 将感 Ｌ 受 到应 变 的释 放 。应 变计 离 孔 边愈 近 ， 感 受 到 的 则
研
究 与 分 析
Ｙ Ｉ Ｎ Ｘ ＡＮ ＪＵ ＹＵ ＦＥ
焊接 残余 应力 的影 响 及测试
左 风 光
（ 西电力科 学研 究 院， 陕 陕西 西安 ７０５ ） １０ ４
材 料 。 仅影 响其 刚度 ， 对 于脆性 材料 的构 件 ， 仅 但 叠
０ 引言
金属结 构经过焊 接后 ，会在其 内部产生 焊接残
加后 的高应力 水平可 能导致局 部破坏 或提前失效 。
残 余应 力也 有产 生 “ 应力 重新 分 布 ” 象 ， 现 当焊 接件 的外 部 因素 （ 载荷 、 如 温度 等 ） 引起 的应 力 与残
余应 力相叠加 超过屈 服极 限后 ，将 在焊接 件的局部 区域产生 塑性变形 ： 如果此 时消 除外 部 因素 的作用 ． 构件不但不 能 回复原有 的几 何形状 ，而且还 将改变
措施 了，
１ 残余应 力 的特 点
焊接 残余应 力是 内应 力 的一种 ，具有 自相平 衡
性， 与拉 、 压应力 同时存在 于 一个 构件 巾 ， 并且 相
平衡 。在无外 界 因素干扰 的情 况下 ， 、 拉 压应力 的分 布特征将 长期 保持稳定 ；另外 它也遵循 应力叠加 的 原理。 存在残余 应力 的焊接构件 投入使 用时 ， 南载荷
时刻 置在停 钻后 何 时进行却 不够 注意 考虑 到钻孑 Ｌ
后 恢 复到初 始 温度需 要 ２ ｉ左 右 的时 间 ，读 应变 ０ｒ ｎ ａ
值 应在 这段 时 间 内町每 隔一定 时 间 （～ ０ｒ ｎ ｉ 量 ５ １ ｉ） Ｉ ａ ￣ ］
一
次 ， 到相 邻 ２ 渎数 相差 １ ２ ￡ 相 同时测 量 直 次 ～８ 或
焊 接残余应 力和工作 温度 、 作介质共 同作用 下 ． 还 将 严 重影 响 焊 接构 件 的结 构 和 焊 接接 头 的疲 劳 强 度 、 脆断能力 、 抗应 力腐蚀 开裂和高 温蠕变 开裂 抗 抵
残余 应力 的分布情况 ， 应力峰 值将减 小 。 上述现 象被 称为 “ 二次变 形” “ 力重新 分布 ” 和 应 。二 次变形将 使
余 应力 ；残余 应力 的峰值甚 至可能达 到或超 过材料
的屈服极 限ｌ １ １ 。当焊接 构 件投入 使用 时 ， 所受 载 － ２ 其
荷 引起 的工作 应力 与其 内部 的焊 接残 余 应力 相加 ， 将导致 焊接构件产 生二 次变形 和焊 接残余应 力 的重 新分布 ， 而降低焊 接构件 的刚性 和尺寸稳定 性 。 从 在
材料 的屈 服极 限 。后 一种情况 对塑料 和韧性较 好 的
收稿 Ｅ期 ：００ ０—１ ｌ ２ １— ６ ７
／： ，随该处金属的去除，孔边的径向应力下降为 ｂ： ｆ Ｌ
作者简介 ： 左风光 （ ９ ６ ） 男， ｊ７ 一 ， 陕两渭南人， 本科， 丁程师， 从事金属材料应力测量 面的工作。