横向残余应力的分布华侨大学.PPT

全国职业教育数字化资源共建共享 W-* 焊接技术课题 编号：ZYKC201117 welding 横向残余应力的分布 华侨大学 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 （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。 当焊缝较长时，中心部分的拉应力值将有所下降，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。 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。 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。 图 横向应力沿板宽方向的分布 横向残余应力的分布 全国职业教育数字化资源共建共享 W-* 焊接技术课题 编号：ZYKC201117 welding