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焊接過程中，焊接接頭區(qū)域受到不均勻的加熱和冷卻作用，而周圍的母材金屬則對(duì)焊接接頭產(chǎn)生一定的剛性約束。焊接加熱時(shí)，焊接接頭區(qū)域不能自由的膨脹，焊后冷卻過程中又不能自由收縮， 必然會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形。當(dāng)焊接加熱時(shí)， 焊縫和附近區(qū)將產(chǎn)生壓應(yīng)力，而遠(yuǎn)離焊縫兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)焊后冷卻時(shí)， 焊縫和附近區(qū)將產(chǎn)生拉應(yīng)力，遠(yuǎn)離焊縫兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力，圖1 為熔合線附近區(qū)域材料熱循環(huán)過程圖。由于局部加熱和隨后的迅速冷卻還將導(dǎo)致焊接接頭處金相組織發(fā)生變化，產(chǎn)生相變應(yīng)力，所以焊接殘余應(yīng)力為熱應(yīng)力( 主要為冷卻應(yīng)力)和相變應(yīng)力的疊加。
焊接殘余應(yīng)力是構(gòu)件未受荷載時(shí)的應(yīng)力，因而是自相平衡的內(nèi)應(yīng)力體系，即在任何截面上殘余應(yīng)力均有拉又有壓，內(nèi)力和內(nèi)力矩平衡。在熔合線附近產(chǎn)生并殘留較大拉應(yīng)力，而在焊接線以外的部分產(chǎn)生并殘留與之相平衡的壓應(yīng)力。拉應(yīng)力在多數(shù)情況下將達(dá)到材料的屈服點(diǎn)， 導(dǎo)致焊接變形。壓應(yīng)力的峰值往往低于拉應(yīng)力，同時(shí)在垂直于焊接線的方向上產(chǎn)生沿板厚方向變化的殘余應(yīng)力。該殘余應(yīng)力值在無拘束的場(chǎng)合比較小，但當(dāng)垂直于焊接線方向上的收縮被拘束時(shí)，該值則增大，如果拘束很大就會(huì)在整個(gè)截面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。
殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的脆性破壞、疲勞破壞、抗彎強(qiáng)度和應(yīng)力腐蝕裂紋都有很大的影響。在焊接過程中由于應(yīng)力分布的不平衡。將導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生焊接變形在焊縫區(qū)、熔合線、過熱區(qū)將形成晶粒粗大的樹枝狀組織和粗大魏氏組織。導(dǎo)致焊接材料產(chǎn)生硬化、脆化現(xiàn)象。使焊接結(jié)構(gòu)在以后的延時(shí)或服役中產(chǎn)生嚴(yán)重的斷裂破壞現(xiàn)象。
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