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殘余應(yīng)力對焊接接頭性能的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1. 對靜載強度的影響
塑性材料:殘余應(yīng)力不影響靜載強度,因塑性變形可使應(yīng)力均勻化。
脆性材料:殘余拉應(yīng)力與外載疊加可能導(dǎo)致局部應(yīng)力超過抗拉強度,引發(fā)脆性斷裂。例如,低碳鋼在低溫下可能因殘余應(yīng)力導(dǎo)致低應(yīng)力脆斷。
2. 對疲勞強度的影響
殘余拉應(yīng)力:顯著降低疲勞壽命,使裂紋擴展速率加快。例如,焊縫區(qū)殘余拉應(yīng)力可達屈服點,成為疲勞裂紋敏感區(qū)。
殘余壓應(yīng)力:如噴丸處理引入的壓應(yīng)力可提高疲勞強度30%-50%。
3. 對加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響
機械加工時,切除含殘余應(yīng)力的材料會破壞應(yīng)力平衡,導(dǎo)致工件變形。例如,T形焊件加工后可能因應(yīng)力釋放產(chǎn)生上拱變形。
高溫合金等材料因組織不穩(wěn)定,殘余應(yīng)力隨時間變化較大,影響尺寸穩(wěn)定性。
4. 對受壓桿件穩(wěn)定性的影響
殘余壓應(yīng)力與外載疊加會削弱有效截面,降低臨界應(yīng)力,增加失穩(wěn)風(fēng)險。例如,焊接工字梁腹板中心的壓應(yīng)力可能引發(fā)波浪變形。
5. 對應(yīng)力腐蝕開裂的影響
殘余拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)協(xié)同作用會加速應(yīng)力腐蝕裂紋擴展。例如,未消除應(yīng)力的焊接接頭在腐蝕環(huán)境中裂紋擴展速率可提高2-3倍。
6. 對低溫脆性的影響
厚板或三向拉應(yīng)力區(qū)域(如交叉焊縫)會阻礙塑性變形,促進低溫脆斷。
7. 對結(jié)構(gòu)剛度的間接影響
殘余應(yīng)力可能導(dǎo)致構(gòu)件變形增大,降低剛度,但通常不影響強度。
總結(jié)
殘余應(yīng)力的拉/壓特性對性能影響相反:拉應(yīng)力普遍有害,壓應(yīng)力可改善疲勞性能。工程中需通過工藝優(yōu)化(如噴丸、熱處理)或設(shè)計調(diào)整(如減少焊縫集中)來調(diào)控殘余應(yīng)力分布。
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