碳鋼和不銹鋼對接焊縫溫度場和殘余應力分布畢業(yè)論文.doc

碳鋼和不銹鋼對接焊縫溫度場和殘余應力分布摘要：碳鋼和不銹鋼之間的異種鋼焊接對于不銹鋼結(jié)構(gòu)的高效利用是必要的。焊接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性評估需要考慮由焊接引起的殘余應力。因此，計算異種鋼焊接接頭中的殘余應力的大小和分布至關重要?；谟邢拊椒ǖ哪M工具在預測焊接殘余應力方面非常有用。但是，異種鋼焊縫中殘余應力的數(shù)值再現(xiàn)一般比同種鋼焊縫中的殘余應力的數(shù)值再現(xiàn)更具挑戰(zhàn)性，因為要接合的材料在熱物理性能和力學性能方面有差異。在本文作中，使用異種鋼焊接過程的三維有限元模擬，以確定碳鋼和不銹鋼異種鋼對接接頭的溫度場和殘余應力狀態(tài)。對熱力學有限元模型以及使用有限元模擬的詳細方法和結(jié)果都進行了討論。模擬結(jié)果表明，異種鋼對接焊縫中的殘余應力的大小或分布與同種鋼對接焊縫是絕不相同的。關鍵詞：異種鋼焊接、溫度場、焊接殘余應力、有限元模擬、熱性能和機械性能1.引言 一般來說，不銹鋼由于初始材料成本高，已經(jīng)被視為一種奢侈的解決工程問題的方案。但是，不銹鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的頒布和對不銹鋼附加優(yōu)勢更好地認識，給傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工程應用包括建筑業(yè)帶來了更多的利益1。為了有效的利用民用結(jié)構(gòu)的不銹鋼，就必須采用不銹鋼和碳鋼之間的異種鋼焊接。在相同結(jié)構(gòu)中各類鋼所在的位置，取決于能否有效經(jīng)濟的利用該類鋼的特殊性能。為了一些工業(yè)的應用，異種鋼焊接也被廣泛使用于容器與熱交換器的制造2-5。 焊接是一種在許多工程和結(jié)構(gòu)部件生產(chǎn)中都得到利用的可靠高效的金屬連接方法。焊接工藝的優(yōu)勢是因為焊接接合效率高、設置簡單和制造成本低。焊接過程是由在瞬時熱源的作用下局部熔合區(qū)的焊縫金屬及母材的熔化和凝固兩部分組成的。由于局部加熱和隨后的冷卻，整個焊接接頭和母材上都分布著高度不均勻的溫度場，因此，最終不可避免的產(chǎn)生了殘余應力。這些應力可能會導致焊接結(jié)束時或在預定的使用壽命期間焊件的開裂。特別是焊縫區(qū)附近的拉伸殘余應力一般會導致不利影響，如應力集中、疲勞破壞和脆性斷裂6。因此，準確的估計焊接引起的殘余應力將會對確保結(jié)構(gòu)設計的合理性和安全性提供很大的幫助。然而，因為焊接過程的復雜性包括絕熱升溫、材料性能對溫度的依賴性、移動熱源等，所以準確預測焊接殘余應力是很困難的。因此有限元（FE）模擬已成為一種預測焊接殘余應力的熱門的工具7-12。異種鋼焊接殘余應力的數(shù)值記錄因為需要考慮材料的物理、機械、冶金性能的差異，所以要比類似的鋼焊縫殘余應力的記錄更具挑戰(zhàn)性。在過去的20年左右的時間里，重點對異種鋼焊接接頭殘余應力的有限元模擬有一些顯著的研究活動。命名命名bicctEhhcIKx,Ky,KzQQ(t)QAQMr(t)r0體積力比熱容用以反映由于物理機械材料屬性對溫度的依賴而導致的應力增量的參數(shù)剪切模量傳熱系數(shù)隨溫度的變化對流系數(shù)焊接電流導熱率單位體積移動產(chǎn)生的熱量率熱通量分布焊接電弧熱輸入高溫熔滴產(chǎn)生的能量工件表面上圓弧中心的極坐標原點弧柱半徑TT0UVpdijdeijdpijdthijdTdijDd溫度室溫電弧電壓考慮熔池的體積輻射率總應變增量彈性應變增量塑性應變增量熱應變增量升高的溫度應力增量電弧效率波爾茲曼常數(shù)應力張量密度泊松比彈塑性材料基體然而，他們中的大多數(shù)都集中于壓力管道元件的圓周焊接，而很少分析已存在的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。因此，對異種鋼焊縫殘余應力的大小和分布研究是必要的。事實上，del Coz Diazet等人 18 為了比較兩種不同類型的不銹鋼對接焊縫的失真模式和幅度而進行了熱應力分析。然而，在他們的研究報告中，并沒有提到異種鋼對接焊縫的殘余應力分布。Sedek等人19通過套孔測定異種鋼對接焊縫的縱向殘余應力，并與類似的鋼接頭中的應力相比較。但他們只提供了非常有限的信息，并沒有對異種鋼對接焊縫殘余應力分布的詳細描述。李和昌20,21使用相似的有限元模擬法對異種鋼對接焊縫殘余應力進行評估。然而，他們使用的是除了屈服和拉伸強度之外抗熱性能和機械性能都相似的不同種類的碳鋼，因此，在本質(zhì)上有不同的抗熱性能和機械性能的碳鋼和不銹鋼之間的異種鋼對接焊縫的殘余應力還是一個未知數(shù)。在這項研究中，他們試圖使用對碳鋼和不銹鋼的異種鋼對接焊縫使用三維（3-D）熱機械有限元分析方法預測焊接溫度場和殘余應力，特別是在所有應力分量中對一般結(jié)構(gòu)最有害的縱向殘余應力。此外，類似的鋼的對接焊縫殘余應力狀態(tài)用于比較研究。2. 焊接過程中的有限元模擬 熱分析規(guī)范包括焊接過程模擬，在模擬中，溫度和相變化作為時間函數(shù)，然后通過一臺儀器分析從熱分析法得到的溫度的歷史數(shù)據(jù)。由于熱場對有較小的反向影響力的應力場具有強大的影響力，所以順序耦合分析就已經(jīng)滿足要求。因此，在這項研究中，焊接過程中使用的是順序耦合的內(nèi)部采用FE-Fortran語言編寫的代碼（FE-WELDSOL）的基礎上制定的三維熱機械有限元22。 2.1熱分析熱分析為了解決瞬間溫度場和它的與焊接熱流量相關的歷史記錄問題。為了使焊接過程中的時間和空間的溫度分布滿足下面的控制偏微分方程我們只考慮內(nèi)部產(chǎn)熱的三維瞬態(tài)熱傳導，把R、K和c只作為溫度函數(shù)考慮。 （1）根據(jù)電弧焊接的性質(zhì)，工件的熱輸入，可以分成兩個部分。一部分是焊接電弧的熱量，另一部分是熔融液滴的熱量。焊接電弧的熱量通過高斯分布的表面熱源而模型化，熔融液滴的熱量通過具有均勻密度的體積熱源而模型化。在任意時刻t，r0內(nèi)的工件表面的熱通量分布有下面的等式來定義： （2）其中， （3）另一方面，熔融液體的熱量被作為剛坐在融合區(qū)的單個元素的熱容與分配的熱通量（DFLUX）。 其中，Vp可以通過計算當時焊接區(qū)中的元素的體積分數(shù)獲得。把焊接電弧的熱量假設為焊接總熱量輸入的40，熔融液滴的熱量假設為焊接總熱量的6023。本分析中，焊接過程中使用的FCA（藥芯焊絲電弧）焊接工藝和GTA（鎢極氬?。┖附庸に嚨碾娀⌒氏禂?shù)被分別假定為0.85和0.7。在時間變化的過程中，采用相應的方法，通過焊槍將熱通量施加到工件上。在熱分析的邊界條件中，輻射和對流都在考慮范圍中。熱循環(huán)過程中，在熔池及其周圍熱影響區(qū)，因輻射而導致的熱量損失占據(jù)主導地位；而遠離熔池的部分，則是對流導致的熱量損失占據(jù)了主導地位。這是用來定義h的模型。在這里，需要考慮兩種不同的導熱系數(shù)。一種是用于碳鋼的24： （5）其中，T0=20 ，=5.6710-8J/（m2k4s）。Hc通過使用工程公式估算為15W/（m2K），被定義為0.26；另一種是用于不銹鋼25,26： （6） 考慮到熱效應與熔池中的熔融金屬有關，這里我們使用兩種方法：（1）通過考慮熔解潛熱，對熔池液-固相轉(zhuǎn)變的影響進行模擬；（2）人為增加熱傳導性在假定的熔點以上的溫度下達到室溫下傳導性值的3倍，以允許對流攪拌的效果，如6,27所示。在相變過程中，該系統(tǒng)中存儲和釋放的潛熱和熱能，對于碳鋼6來說，假設在固相線溫度1450和液相線溫度1500之間的值為270J/g；對于不銹鋼來說，假設在固相線溫度1340和液相線溫度1390之間的值為260J/g。 2.2機械（壓力）分析隨后的機械分析，涉及使用由之前所說的熱分析，以每個時間增量作為輸入（熱負荷）計算瞬態(tài)和殘余熱應力分布的溫度歷史記錄。兩個基本方程的集合與力學分析、平衡方程和本構(gòu)方程有關，如下所示。平衡方程 其中ij,j具有對稱性，例如ij=ji本構(gòu)方程 在焊接過程中，因為在這項研究20,21中使用的低碳鋼受固態(tài)相變殘余應力的影響不大，而且并不會出現(xiàn)在奧氏體不銹鋼中26，所以，應變分解性能用于將總應變的微分形式分解為如下的三個部分： （8）彈性應變增量通過使用各向同性的胡克定律，與溫度相關的楊氏模量和泊松比來計算。熱應變增量使用熱膨脹系數(shù)來計算。對于塑性應變增量，率無關彈塑性本構(gòu)方程被認為與Von Mises屈服準則，隨溫度變化的機械性能和線性各向同性硬化規(guī)律有關。應力-應變關系的增量形式可以寫成下面的形式 (9)其中，Dd被分成彈性范圍內(nèi)的和塑性范圍內(nèi)的。在連續(xù)介質(zhì)力學中使用了一個大型的應變公式。在熱學和力學分析中，與焊縫沉積的金屬元素基團中元素出現(xiàn)和消失的技術被用于模擬焊接填料隨時間的變化。雖然有限元網(wǎng)格在有限元性能分析之前出現(xiàn)，但是這些參數(shù)使得有限元模型在熱學和力學分析中的性能被改變，以便于有限元元件模擬焊接過程。在熱學分析中，有限元單元對應于焊縫金屬在沉積前所給出的等同于空氣的熱導率值。在焊縫金屬沉積的過程中，將熱導率值由空氣的熱導率值改變?yōu)樗褂貌牧系臒釋手?。力學方面的技術是為了改變在焊接區(qū)的有限元單元的剛度。有限元單元在焊炬還未靠近時，該材料的剛度是否嚴重降低就已近被指定好了11。當焊炬接觸到單元時，材料的剛度得到恢復，而與溫度有關的機械性能又已經(jīng)被制定好了，并且沒有相關的應變歷史記錄。由于熱彈塑性分析是一個非線性的問題，因此使用增量計算的方法來解決這個問題。完整的牛頓 - 拉夫遜迭代解決方案28被用于獲得該溶液。 2.3試驗驗證為了確認在本次研究中，有限元分析方法的準確性，構(gòu)造了一個厚壁板長寬高分別是L=600mm，W=400mm，t=25mm的雙“V”對接接頭焊接標本。標本的基體材料是低碳鋼（SM400），焊接所使用的是1.2mm直徑的DW-100的焊條。詳細的準備工作在21中給出。采用分層技術，使用2mm的應變片（KYOWA KFG-2-120-D16-16T-F7殘余應力測量模式），對兩軸之間的殘余應力進行了測量。使用分層技術通過應變儀測量，可以得到結(jié)構(gòu)表面上的殘余應力進而加以評估。首先，如圖1所示，將應變計連接在試樣表面。將連接好的應變片周圍區(qū)域切割成邊長約10mm，厚度約3mm的小的六面體。通過切割，小片的試樣中的殘余應力得到釋放，并對縱向釋放的應力x和橫向釋放的應力y進行測量。應當指出的是，在實驗中，對每個小片試樣釋放應力的測量進行五次，最終的結(jié)果取除去最大值和最小值后的三個值的平均值，以盡量減少實驗的誤差。然后，縱向殘余應力x就可以使用測得的應力并通過下面的公式得到。 （10）3D熱-力有限元分析即上面所說的實驗模型使用的有限元分析方法，也使用了與之前試樣制造中相同的焊接條件和工藝參數(shù)。在第2.4節(jié)提到了材料在高溫下的性能，而這些數(shù)據(jù)被用于對接焊接過程的有限元模擬。圖2（a）描繪了垂直焊接時焊接件橫截面的縱向殘余應力。空心符號表示由應變計測得的實驗值及通過實驗測量位置實現(xiàn)曲線的有限元計算值的結(jié)果。比較結(jié)果顯示，預測的趨勢與實測結(jié)果非常吻合。對于不銹鋼焊縫來說，由有限元分析方法計算得到的殘余應力分布結(jié)果與Seyyedian等人得到的的實驗結(jié)果29相比較。他們使用鉆孔法測量擁有單道焊對接焊縫的SUS304不銹鋼的殘余應力分布。在其他區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)一些比較具體的細節(jié)29。圖2（b）顯示的是有限元分析方法和實驗測量計算出的縱向殘余應力的比較?？梢钥闯鲇邢拊治龇椒ê蛯嶒灲Y(jié)果比較吻合。因此，在這里使用碳鋼和不銹鋼異種鋼焊接殘余應力的有限元分析方法被認為是合適的。 圖1.應變儀照片 圖2.有限元分析與實驗結(jié)果比較（a）碳鋼焊 縫的比較（b）不銹鋼焊縫的比較 2.4有限元模型使用順序耦合的熱力有限元分析方法對異種鋼的焊接接頭進行有限元熱模擬。在圖3（a）中所示的兩個擁有單一“V”形槽的400mm150mm6mm的接頭假定要通過一次焊接完成。為了便于比較，類似的剛對接焊縫的熱應力分布的有限元分析也采用了相同的焊縫幾何形狀。本研究選擇的基體材料是SM400碳素鋼和SUS304奧氏體不銹鋼，這兩種材料具有類似的屈服強度。SM400碳鋼接頭是使用DW-100電極碳素鋼焊接材料焊接的，而SUS304的不銹鋼接頭與異種鋼接頭采用的是Y308L 奧氏體不銹鋼焊接填料焊接的17,19?；w材料和焊接金屬的詳細信息的詳細描述見21,26?？紤]到實際焊接條件，此次分析中選擇的焊接參數(shù)列于表1中30,31。如圖3（b）所示，在模擬中使用的三維有限元網(wǎng)絡模型擁有8-nodeD的等參實體單元。有四個層面用于離散計算域。為了更準確地知道移動熱源通過某個區(qū)域的特定的時間和路徑并預計捕捉到界面處的高應力梯度不銹鋼填料和碳鋼基本金屬，一種精細網(wǎng)格被使用在焊接區(qū)及其周圍。逐漸增加單元尺寸到焊縫中心線的距離。網(wǎng)格敏感性研究被用于檢查在分析結(jié)果準確性方面有限元網(wǎng)格尺寸的依賴性。結(jié)果，現(xiàn)在所使用的有限元網(wǎng)格最小尺寸0.5mm（橫向）1.5mm（厚度）25.0mm（縱向）被認為是使用合理數(shù)量的計算機時和內(nèi)存所能得到的足夠精確的結(jié)果。由于異種鋼焊接所使用的材料的熱和機械性能的不對稱性，兩塊板材都被包括在計算機域中。為了方便熱和力學模型之間的數(shù)據(jù)映射，除了元素類型和應用邊界條件，都使用相同的有限元網(wǎng)格細化方案。對于熱模型來說，元素類型的每個節(jié)點都具有單自由度和溫度。對于結(jié)構(gòu)模型來說，元素類型的每個節(jié)點都具有三個平動自由度。因為板材在焊接過程中沒有被夾持，所以去除沒有邊界條件的，以防止焊接件剛性運動的應用。 在有限元模擬中，隨溫度變化的熱物理（例如：熱傳導率、比熱和密度）和機械性能（例如：楊氏模量、熱膨脹系數(shù)、泊松比和屈服應力）的基體材料和焊接材料被引入。圖4（a）表示SM400鋼20在高溫下的物理性能。SUS304鋼，熱材料性能列于Deng和Murakawa26中，詳細見圖4（b）。應當被指出的是，圖4（a）和（b）中的單元被組織起來，以便于它們在圖形上被標示得更清楚。對于焊縫金屬，與溫度相關的物理性質(zhì)被假定為與那些相應的基體材料分別相同?；w材料與溫度相關的熱機械性能分別表示于圖5和圖6中20,26。它的屈服強度和彈性模量分別降低到5.0MPa和5.0GPa，以模擬在高溫下低強度基體材料的熔融溫度32。對于焊縫金屬，如圖所示，只有屈服強度與相應的基體材料不同，其它屬性與相應的基體材料幾乎完全相同。物理和機械性能被分配到異種鋼對接接頭（基體材料和焊縫金屬）的相應位置。圖3：分析模型：(a)分析模型和對接接頭的尺寸 （b）三維有限元模型焊接條件和工藝參數(shù)基體金屬焊接工藝電流（A）電壓（V）速度（mm/s）SM400SUS304和異種鋼焊接FCADTA25023030222.01.3加工硬化現(xiàn)象是焊接過程中的熱循環(huán)加載引起的，通常發(fā)生在焊接接頭及其周圍的區(qū)域，當利用數(shù)值計算能準確的預測焊接殘余應力時應當仔細考慮。碳鋼和相應金屬的線性應變強化率假定為20700溫度范圍內(nèi)為500MPa，1000以上溫度范圍內(nèi)為20MPa6。在700和1000，硬化率之間的線性過渡是假定的。對于不銹鋼及其焊縫金屬來說，隨溫度變化的應變強化規(guī)則也適用。在高溫下基體金屬和焊縫金屬的應變硬化率的測量和在文獻27中分別給出。圖7顯示的是碳和不銹鋼與溫度有關的應變強化率。圖4.材料隨溫度變化的熱物理常數(shù)：（a）SM400（b）SUS304圖5：SM400鋼及相應的焊接金屬與溫度相關的熱機械性能圖6：SUS304鋼及相應的焊接金屬隨溫度變化的熱力性能圖7：材料依賴于溫度的應變硬化率圖8：焊接過程中的溫度分布圖9:焊接過程中最厚的幾個位置上的熱循環(huán)：（a）SM400（b）SUS3043. 結(jié)果與討論 3.1溫度場 圖8所示的是當焊炬到達焊縫末尾時對碳鋼和不銹鋼之間的異種鋼對接焊縫在時間間隔內(nèi)使用熱分析得到的溫度場。因為焊接材料熱性能的差異，所以顯示出的熱流圖是非對稱的。圖9的（a）和（b）是異種鋼焊接熱循環(huán)過程的比較。溫度場沿著焊縫中心線上不同位置的最厚處，這就是結(jié)束焊接時焊縫的產(chǎn)長度。沒有任何標記的曲線代表距離焊縫中心線1.0mm處的溫度記錄；帶有實點的虛線代表著距焊接中心線5.0mm處的溫度記錄；帶有空心點的實線代表著距焊接中心線10.0mm處的溫度記錄；帶有空心點的虛線代表著距焊縫中心線20.0mm處的溫度記錄。從這個圖中可以觀察到隨著到焊縫中心線的距離的增加，碳素鋼的溫度變得比不銹鋼的溫度低。這歸因于一個事實，即碳素鋼冷卻速率高于不銹鋼，這是因為碳素鋼有較高的熱導率和熱傳遞率。 3.2殘余應力分布所有的應力和應變分量都可以從應力分析得到。在這里我們將只討論相關數(shù)據(jù)。在該討論中，三個詞語“縱向”、“橫向”和“厚度方向”是用來表示三個相互垂直的方向上的殘余應力分量?！翱v向”通常是用于焊接方向，“橫向”是用于垂直方向上的長度（即沿板寬方向），最后的詞語“厚度方向（正常）”是用于垂直方向上的縱向和橫向（即沿板厚方向）。圖10（a） - （c）所示的整個異種鋼對接焊縫中，在焊接件的橫截面上，垂直于焊接線，通過焊接長度的一半，分別為縱向，橫向和厚度方向（正常）的型材殘余應力的預測。應力分布在焊接件的最厚處并寫出到焊縫中心線距離的函數(shù)。殘余應力在類似的鋼焊縫中的分布的比較在圖11中。圖11的（a）和（b）分別顯示的是碳素鋼和不銹鋼對接焊縫中殘余應力在橫向、縱向和厚度方向上的分布。應該認識到，在不銹鋼異種鋼側(cè)的焊縫中，應力在類似的鋼對接焊縫中的分布是相似的，即達到施加在焊縫上的最大縱向拉伸殘余應力與橫向壓縮殘余應力在遠離焊縫中心線的區(qū)域平衡的目的。此外，在的焊縫金屬和母材金屬的交界處發(fā)生縱向殘余應力顯著降低的現(xiàn)象，最有可能的原因是屈服強度方面的差異。與此相反，橫向殘余應力幾乎全部為拉伸應力并且拉平為零。厚度方向上的殘余應力在有起伏的型材之間存在拉伸和壓縮的差異。然而，在碳素鋼一側(cè)的異種鋼焊接，其應力分布與與其相似的鋼焊縫中的應力分布大不相同。這是顯而易見的，在界面處引發(fā)由界面顯示出來的的急劇的應力變化，是由于不銹鋼填料和碳素鋼基體材料之間的熱膨脹系數(shù)不匹配?？v向應力成分的變化更明顯。與與其相類似的鋼對接焊縫比，較高的應力產(chǎn)生在與基體金屬相鄰的焊縫中，而低得多的應力在靠近焊縫的母材中產(chǎn)生。這些趨勢，在橫向和正常的應力分量中也能觀察到。值得注意的是，在焊縫及其附近的縱向拉伸殘余應力超過在室溫下相應的鋼材的屈服應力的，在研究中還發(fā)現(xiàn)如33所示的現(xiàn)象。應變硬化率可以被認為是解釋較高殘余應力的的主要因素。請注意，不銹鋼一側(cè)靠近基體金屬的焊接區(qū)的縱向殘余應力高于碳素鋼。同樣清楚的是，不銹鋼一側(cè)受到拉伸應力的范圍也比較寬。異種鋼結(jié)果之間的差異，尤其是由于熱導率和熱傳遞率，熱膨脹系數(shù)，和加工硬化性能差異而產(chǎn)生的縱向殘余應力的差異。不銹鋼較大的熱膨脹系數(shù)與較高的應變硬化率的一起產(chǎn)生的較高的拉伸縱向應力與轉(zhuǎn)變率較高的壓縮應力相平衡。此外，不銹鋼較低的熱傳導率和熱傳遞率結(jié)合較大的熱膨脹系數(shù)對較大的抗拉應力的分布區(qū)域有利。分別除去碳鋼和不銹鋼焊接填料之間的界面處顯著的應力變化，在異種鋼一側(cè)的橫向和厚度方向的殘余應力分布是相似的。通過現(xiàn)有的分析，在厚度方向上得出了類似的結(jié)果，這里就不做說明了。4. 結(jié)論 在本研究中，我們對異種鋼焊接過程進行了數(shù)值模擬，以確定溫度場和殘余應力的分布，特別是一般對結(jié)構(gòu)的完整性最有害的應力分量-縱向殘余應力，而碳鋼和不銹鋼之間的異種鋼對接接頭在本質(zhì)上有不同的熱和機械性能，我們利用將實驗測量與采用有效性被驗證的依次耦合三維熱-機械有限元分析方法相比較來驗證。為了進行比較，我們還探討了同類鋼的對接焊縫殘余應力狀態(tài)。根據(jù)研究結(jié)果，可以得出以下意見和結(jié)論：(a)在異種鋼對接焊接過程的熱流量與溫度分布由于在焊接的材料熱性能方面的差異決所以絕對不是對稱的。此外，由于到焊縫中心線的距離的增加，碳素鋼側(cè)溫度變得低于不銹鋼側(cè)的溫度。這是因為，碳素鋼有較高熱導率和熱傳遞率即碳素鋼冷卻速度是高于不銹鋼的。 (b)它不能簡單地假設在異種鋼焊縫中的焊接殘余應力在那些相似鋼焊縫中的幅度或分布是相同的。在異種鋼焊縫不銹鋼的一側(cè)，應力分布與相應的鋼對接焊縫是相似的，而在異種鋼焊縫碳素鋼的一側(cè)，應力分布與類似的鋼的對接焊縫應力分布大不相同，這是由于熱膨脹系數(shù)的差異導致的不銹鋼焊接金屬和碳素鋼基體材料界面處應力快速變化引起?？v向應力成分的變化更明顯。(c)不銹鋼側(cè)附近的焊接區(qū)域的基體金屬中的縱向殘余應力是高于那些在碳素鋼側(cè)的。此外，在拉伸應力的范圍內(nèi)是在不銹鋼側(cè)寬。不銹鋼較大的熱膨脹系數(shù)與較高的應變硬化率的一起產(chǎn)生的較高的拉伸縱向應力與轉(zhuǎn)變率較高的壓縮應力相平衡。此外，不銹鋼較低的熱傳導率和熱傳遞率結(jié)合較大的熱膨脹系數(shù)對較大的抗拉應力的分布區(qū)域有利。(d)除了焊接殘余應力，焊接變形也是焊接構(gòu)件結(jié)構(gòu)完整性評價的一個主要問題。因此，在今后的工作中把對碳素鋼和不銹鋼之間的異種鋼對接焊縫的失效作為目的進行調(diào)查，從而促進了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工程應用，包括高效利用不銹鋼工程的建設。圖10 垂直于焊接線中的異種鋼對接焊縫中殘余應力分布：（a）的縱向殘余應力，（b）橫向的殘余應力，（c）厚度方向上的殘余應力圖11 垂直于類似的鋼材對接焊縫的焊接線的殘余應力分布：（a）SM400鋼焊接，（b）SUS304鋼焊縫參考文獻：1 L. 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