焊接中残余应力大小和分布和减少措施.pdf

维普资讯 第24卷 第4期 洛 有 色 含 属 Vo1．24 N0．4 2003年 l2月 SHANGHAINONFERROUSMETAIS Dee． 200 3 文章编号 ：1005—2046(2003)40—0152—05 焊接中残余应力的大小与分布及减少措施 杨务滋 ，杨 国庆 ，杨 超 ，周立强 (中南大学机电学院，湖南长沙 410083) 摘 要 ：熔化焊是通过高温熔化金属以实现连接 的一种连接工艺。该焊接过程 中金属材料受 局部加热，并随之快速冷却 ，在焊剂与基体金属之间产生了较大的残余应力。其产生大大地 降低该焊接结构的抗弯强度 ，并且容易导致脆性断裂，因此有必要对这种残余应力的大小扣 分布 ，以及其受焊接条件影响的规律进行探讨。该文运用 ANSYS分析软件 ，分析 了薄板单 层 电弧焊后残余应力的大小，并且讨论 了焊接速度 、焊件尺寸大小、焊件外部约束扣预热等 因素对其大小的影响及其减少的措施 。 、 关键词 ：熔化焊；残余应力；抗弯强度 ；脆性断裂；ANSYS分析软件 中图分类号1TG442 文献标识码 ：A 件表面的二维残余应力状态 ，因此存在着很大的 1 引 言 局限性。在此基础上 ，后来有人提出了基于固有 熔焊是通过局部加热熔融金属而不用机械压 应变的三维残余应力 的测量方法[4】。本文分析了 力或锻打进行焊接的一种连接工艺 。其应用遍及 焊接的热力学模型，借助 ANSYS有限元分析软 机械 、电力、建筑 、桥梁 、造船 、化工 、核能、 件，计算出了残余应力的大小，分析了其与焊接 宇航和海洋等行业。随着焊接应用范 围的扩大 ， 条件的关系，并提出了减少残余应力的方法 。 技术的进步，人们逐渐加深 了对各类焊接缺陷的 2 理论分析 认识 。在焊接过程中金属材料受局部加热，并随 之快速冷却 ，在焊剂与基体金属之间产生了较大 理论上，焊接后的残余应力分布可以通过热 的残余应力一通常接近屈服应力 ，大大地降低 了 学和力学模型来估算 。 2．1 热学模型分析 该焊接结构的抗弯强度 ，并且容易导致脆性断 2．1．1 温度 变化规律 裂。因此有必要对这种残余应力的大小和分布、 由任意表面围成的体积，在温度场中，其热 影响残余应力的各因素及其减少方法作一探讨。 流平衡关系可 以由下式表示 ： 在分析焊接残余应力方面，测量残余应力方法大 一 致可 以分为三种 ： 一( ++ ++ )++Q(x,Yy,z,t)： (1)破坏性 的测量 ，包括切割法 、套孔法 fDC (1) 等 ； (2)半破坏性 的测量 ，如小孔法…； 式 中：R ，R，，R：一 每单位面积热流动 的速度 ； (3)非破坏性测量法 ，包括 x射线衍射法 、 (，Y，，t)一 当前温度 ；Q(，y，：，f)一 内部热 磁性测量法等