焊接应力产生的原因

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பைடு நூலகம்
1.焊接残余应力的分类 ▲纵向焊接应力：长度方向的应力 ▲横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表 面的应力 ； ▲厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构 件表面的应力。 2.焊接残余应力的成因 （1）纵向焊接残余应力 a) 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均 匀的温度场，焊缝处可达1600oC，而邻近区域温度骤降。
b) 高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制， 产生热态塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩， 但受到两侧钢材的限制而产生拉应力。对于低碳钢和低合金钢， 该拉应力可以使钢材达到屈服强度。 c) 焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，这 必然在焊缝稍远区产生压应力。
300oC 500oC 800oC
施 焊 方 向
300oC o 500 C o 800 C
8cm 6 4 2 0 2 4 6 8cm
+
-
（2）横向焊接残余应力 产生的原因: a) 焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形的趋势，导致 两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压； b) 焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，
y
+
(c) 焊缝横向收缩 时的横向应力
不同施焊方向 下,焊缝横向 收缩时产生的 横向残余应力
+
施 焊 方 向
x
+
+
(e)
-
施 焊 x 方 向
(f)
（3）沿厚度方向的焊接残余应力
σz σx
-
+
3 2 1
σy
a) 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。 b) 焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产 生塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制 而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处 焊缝则产生拉应力。 c) 因此，除了横向和纵向焊接残余应力x ，y外，还存在沿厚度方 向的焊接残余应力z ，这三种应力形成同号(受拉)三向应力，大 大降低连接的塑性。
产生横向塑性压缩变形。焊接冷却时，后焊焊缝的收缩受
先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力， 因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力；应力分布与 施焊方向有关。 以上两种应力的组合即为横向焊接应力
-
y
y
+
施 焊 x 方 向
-
y
+ x
-
+
x
+ (d) 焊缝横向 残余应力
y
(a) 焊缝纵向收缩 时的变形趋势 (b) 焊缝纵向收缩 时的横向应力
焊接应力产生的原因
§4.5 焊接（残余）应力和焊接（残余）变形
一、焊接（残余）应力和焊接（残余）变形的成因
钢结构的焊接过程是在焊件局部区域加热融化后又冷 却凝固的热过程。由于焊接时热量分布不均匀，导致焊件 不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部残存应力并引起变 形，此即为焊接残余应力和焊接残余变形。
二、焊接应力的种类