焊接残余应力形成机制和消除原理若干问题讨论.pdf

第 卷 第 期 焊 接 学 报 !# # BCD .!# :C . # 年 月 ! ! * $9’:;’1$2/:; / $-= 1-2:’ =?@2:% 2:;$2$A$2/: EFGH ! ! 焊接残余应力形成机制与消除原理若干问题的讨论 汪建华， 陆 皓 （上海交通大学，上海 !# ） 摘 要：针对目前存在的一些对焊接残余应力形成机制和消除原理传统理论的质疑和 不同观点，采用两端拘束杆件和长板条焊接的一维简化模型，分析比较了经受加热与冷 却热循环以及直接从高温冷却下来时的应变历史和残余应力产生的机制。结果表明， 前者存在残余压缩塑性应变，后者存在残余热收缩应变。两者对产生残余应力的作用 完全是等价的。为了统一概念，建议引入固有应变理论。固有应变包括焊接过程中产 生的塑性应变、热应变和相变应变。残余应力是在固有应变源作用下构件自动平衡的 结果，消除焊接残余应力必须去除固有应变源。此外对若干容易混淆的问题进行了讨 论。 关键词：焊接；残余应力；塑性应变；热应变；固有应变 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （ ） $% ’ !(# ) #*+ !! # ) ,( ) ( 汪建华 序 言 了避免混淆，建议引入国外的“固有应变”概念，这样可 焊接应力和变形，多年来各国学者和专家对此都 以完全统一起来。 进行了大量研究。早期，如苏联的- . / . 奥凯尔布朗 ［］ ［］ 0 ! 0 一维条件下的热弹塑性分析 姆 和1 . ’ 库兹米诺夫 的著作里就提出了一维条 件下的残余塑变理论。即认为焊接加热过程中焊缝和 近缝区的金属热膨胀应变受到周围较冷金属的拘束， !. ! 两端拘束的杆件均匀加热和冷却过程 从而产生压缩塑性应变。焊接冷却过程中该压缩塑性 设有两端拘束的单位长度的杆件，分析加热和冷 应变被拉伸抵消一部分，但焊后仍残留部分压缩塑性 却过程中的应变情况。这里再分三种拘束情况进行讨 应变，称为残余压缩塑性应变。并用来分析和预测焊 论。 接残余应力和变形。 0. 0. 0 膨胀受刚性拘束但可自由收缩 上述一维条件下的残余塑变理论假定焊缝处一直 比较单位长度的杆件经受如下两种热循环后的情 况：（ ） ；（ ） 。 就是原来工件的一部分，经历了加热和冷却的全过程。 0 ! !3! ! !3! 情况（）是从 加热到温度 ，再冷却到 。 就像无填充焊丝的$2% 热源在薄板表面走一道焊缝一 0 4 !3 4 其中 超过材料的弹性丧失温度，在该温度下弹性 样。然而大多数的情况是焊缝处原来有坡口和间隙， !3 焊接时被熔化的金属所填充。因而焊缝可以说是直接 应变可以忽略不计。如图05 所示，在加热 ! !3 过 从高温冷却下来的。这样焊缝处从高温冷却下来受到 程结束后，若线膨胀系数为 ，则杆件受热膨胀产生热