横向残余应力的分布华侨大学

横向残余应力的分布
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横向残余应力的分布
横向残余应力产生的直接原因是来自焊缝冷却时的横向收缩， 间接原因是来自焊缝的纵向收缩。另外，表面和内部不同的冷 却过程以及可能叠加的相变过程也会影响横向应力的分布。
图 由纵向收缩引起的横向应力分布
横向残余应力的分布
（1）纵向收缩的影响 考虑边缘无拘束（横向可以自由收缩） 时平板对接焊的情况。如果将焊件自焊缝中心线一分为二，就 相当于两块板同时受到板边加热的情形。由前述分析可知，两 块板将产生相对的弯曲。由于两块板实际上已经连接在一起， 因而必将在焊缝的两端部分产生压应力而中心部分产生拉应力， 这样才能保证板不弯曲。所以焊缝上的横向应力应表现为两端 受压、中间受拉的形式，压应力的值要比拉应力大得多，如图 由纵向收缩引起的横向应力分布所示。
横向残余应力的分布
如果将焊接方向改为从两端向中心施焊，造成两端先冷却并阻 碍中心部分冷却时的横向收缩，就会对中间部分施加拉应力并 同时承受中间部分收缩所带来的压应力。因此，在这种情况下 σy的分布表现为中间部分承受拉应力，两端部分承受压应力， 如图不同焊接方向对横向应力分布的影响b所示，与前一种情 况正好相反。
图 不同焊接方向对横向应力分布的影响
横向残余应力的分布
对于直通焊缝来说，焊缝尾部最后冷却，因而其横向收缩受到 已经冷却的先焊部分的阻碍，故表现为拉应力，焊缝中段则为 压应力。而焊缝初始段由于要保持截面内应力的平衡，也表现 为拉应力，其横向应力的分布规律如图不同焊接方向对横向应 力分布的影响c所示。采用分段退焊和分段跳焊，σy的分布将 出现多次交替的拉应力和压应力区。
图 横向应力沿板宽方向的分布
当焊缝较长时，中心部分的拉应力值将有所下来自百度文库，并逐渐趋近 于零。不同长度焊缝上的横向应力分布如图不同长度焊缝上的 横向应力的比较所示。
图 不同长度焊缝上的横向应力的比较
横向残余应力的分布
（2）横向收缩的影响 对于边缘受拘束的板，焊缝及其周围区 域受拘束的横向收缩对横南应力起主要作用。由于一条焊缝的 各个部分不是同时完成的，先焊接的部分先冷却 并恢复弹性， 会对后冷却的部分的横向收缩产生阻碍作用，因而产生横向应 力。基于这一分析可以发现，焊接的方向和顺序对横向应力必 然产生影响。例如：平板对接时如果从中间向两边施焊，中间 部分先于两边冷却，后冷却的两边在冷却收缩过程中会对中间 先冷却的部分产生横向挤压作用，使中间部分受到压应力；而 中间部分会对两端的收缩产生阻碍，使两端承受拉应力。所以 在这神情况下σy的分布表现为中间部分承受压应力，两端部分 承受拉应力，如图不同焊接方向对横向应力分布的影响a所示。
焊缝纵向缩和横向收缩是同时存在的，因此横向应力的两个组 成部分σy和σy每是同时存在的。横向应力σy应是上述两部分应 力σy和σy综合作用的结果。
横向残余应力的分布
横向应力在与焊缝平行的各截面上分布与在焊缝中心线上的分 布相似，但随着离开焊缝中心线距离的增加应力值降低，在板 的边缘处σy=0（见图横向应力沿板宽方向的分布）。由此可 以看出，横向应力沿板材横截面的分布表现为：焊缝中力幅值 大，两侧应力幅值小，边缘处应力值为零。