焊接残余应力
1.按引起应力的基本原因分类
加热区
(1)热应力 由于焊接时温度分布不均匀而引起的应力,又称温度应力。
(2)相变应力 在焊接时由于温度变化而引起的组织变化所产生的应力,也称组织应力。
热区
(3)拘束应力 由于结构本身或外加拘束作用而引起的应力,称为拘束应力。
2.按应力的作用方向分类
(1)纵向应力 方向平行于焊缝轴线的应力。
(2)横向应力 方向垂直于焊缝轴线的应力。
3.按应力在空间的方向分类
(1)单向应力 在焊件中沿一个方向存
在的应力,称为单向应力,又称线应力。例如,焊接薄板的对接焊缝及在焊件表面上堆焊时产生的应力。
(2)双向应力 作用在焊件某一平面内两个互相垂直的方向上的应力,称为双向应力,又称为平面应力。它通常发生在厚度为15——20mm的中厚板焊接结构中。
(3)三向应力 作用在焊件内互相垂直的三个方向的应力,称为三向应力,又称为体积应力。例如,焊接厚板的对接焊缝和互相垂直的三个方向焊缝交汇处的应力。
实际上,焊件中产生的残余应力总是三室
向应力。当在一个或两个方向上的应力值很三角形加热矫正
小可以忽略不计时,就可以认为它是双向应力或单向应力。
二、控制残余应力的措施
控制焊接残余应力,可从两方面来考虑:一是从设计上考虑,如在保证结构有足够强度的前提下,尽量减少焊缝的数量和尺寸;适当采用冲压结构以减少焊接结构;将焊缝布置在最大工作应力区域以外等。二是从工艺上考虑,即采取一些适当的工艺措施来调节或减少焊接残余应力。
下面介绍几种常用的减少焊接残余应力的工艺措施。
1.选择合理的焊接顺序
(1)尽可能考虑焊缝能自由收缩 尽可能让焊缝能自由收缩,以减少焊接结构在施焊时的拘束度,最大限度地减少焊接应力。图6-30所示为一大型容器底部,它是由许多平板拼接而成。考虑到焊缝能自由收缩的原则,焊接应从中间向四周进行,使焊缝的收缩由中间向外依次进行。同时,应先焊错开的短焊缝,后焊直通的长焊缝。否则,若先焊直通的长焊缝,再焊短焊缝时,会由于其横向收缩受阻而产生很大的应力。正确的焊接顺序如图6-30所示的数字。
(2)先焊收缩量最大的焊缝 将收缩量大、焊后可能产生较大焊接应力的焊缝先焊,使它能在拘束较小的情况下收缩,以减少焊接残余应力。如对接焊缝的收缩量比角焊缝的收缩量大,故同一构件中应先焊对接焊缝。如图6-31所示为带盖板的双工字梁结构,应先焊盖板上的对接焊缝1,后焊盖板与工字梁之间的角焊缝2。