焊接應(yīng)力變形原理若干問題的探討(一)_圖文

1、第29卷第6期2O O8年6月焊接應(yīng)力變形原理若干問題的探討(一王者昌(中國科學(xué)院金屬研究所,沈陽110016摘要:在焊接加熱和冷卻過程中,組成焊件的小窄條之間不可能存在完全剛性拘束,端面不可能保持平面,會分別產(chǎn)生凸出和凹進(jìn),平截面假設(shè)不成立。不用平截面假設(shè)也可以得到類似的焊接殘余應(yīng)力分布。焊縫不存在殘余壓縮塑性應(yīng)變,只存在拉伸應(yīng)變,焊縫和近縫區(qū)殘余壓縮塑性應(yīng)變分布和大小的傳統(tǒng)觀點(diǎn)不成立。提出新的近似用熔池最寬處溫度分布表示的拉伸塑性應(yīng)變分布原理圖及其相應(yīng)的計(jì)算公式。關(guān)鍵詞:焊接應(yīng)力應(yīng)變;平截面假設(shè);壓縮塑性應(yīng)變;拉伸塑性應(yīng)變中圖分類號:刪文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:02533印x(200806一

2、cID仍一04彳毒旦O序言一般認(rèn)為,焊縫和近縫區(qū)存在殘余拉應(yīng)力,兩側(cè)則存在與其平衡的壓應(yīng)力。殘余拉應(yīng)力的存在可能引起焊接冷裂紋、結(jié)構(gòu)脆斷、應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞壽命降低等不良后果,壓應(yīng)力則可能導(dǎo)致薄殼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)翹曲變形,從而影響焊接質(zhì)量。20世紀(jì)30年代以來焊接應(yīng)力變形問題一直受到人們的關(guān)注【20。為分析焊接應(yīng)力變形,奧凱爾勃洛姆舊提出了平截面假設(shè),關(guān)橋?qū)ζ浇孛婕僭O(shè)提出質(zhì)疑;傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為焊縫存在壓縮塑性應(yīng)變和殘余壓縮塑性應(yīng)變¨3。80;而文獻(xiàn)911則認(rèn)為焊縫不存在壓縮塑性應(yīng)變;文獻(xiàn)6認(rèn)為,殘余壓縮塑性應(yīng)變應(yīng)示為玩K紐。殘余壓縮塑性應(yīng)變?yōu)榧訜釙r(shí)產(chǎn)生的壓縮塑性應(yīng)變與冷卻時(shí)產(chǎn)生的拉伸塑性應(yīng)變之差

3、,文獻(xiàn)11認(rèn)為兩者之差不應(yīng)該是玩腳?？梢钥闯?上述諸問題還沒有統(tǒng)一認(rèn)識,進(jìn)行深入討論是必要的。以下討論薄板單道焊焊接縱向應(yīng)力應(yīng)變相關(guān)問題。由于要討論的問題較多,受篇幅所限,每篇文章只能討論23個(gè)問題,故將分成若干篇文章進(jìn)行討論。1關(guān)于平截面假設(shè)在分析板材焊接應(yīng)力變形時(shí),板材可看作由若干互不相連的小窄條組成,若每根小窄條都可按自己被加熱或冷卻到的溫度自由變形,則板條的端面收稿日期:20町一03一13應(yīng)為與溫度相對應(yīng)的曲面。實(shí)際上,組成板材的小窄條之間互相約束。假設(shè)板端面始終保持平面,在焊接加熱過程中,金屬受熱膨脹,板端面平移,產(chǎn)生伸長應(yīng)變,在冷卻過程,降溫收縮,板端面平移,產(chǎn)生縮短應(yīng)變:,形成了如圖l【3j所示的應(yīng)力應(yīng)變分布,圖中d為縮短應(yīng)變寬度。上述平截面假設(shè)對于只掌握材料力學(xué)知識的人在分析焊接應(yīng)力變形時(shí)是有幫助的。但實(shí)際上,上述小窄條之間的約束不是完全剛性的,端面不可能保持平的。1963年關(guān)橋在其研究