焊接結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力

1、第三節(jié) 焊接殘余應(yīng)力通常意義的焊接應(yīng)力實(shí)際包括兩類(lèi)：焊接瞬時(shí)應(yīng)力： 焊接過(guò)程中某瞬時(shí)存在于結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力： 焊接后殘留于結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力。1一、焊接殘余應(yīng)力的分布 構(gòu)件厚度不大20mm，殘余應(yīng)力為三軸體積狀態(tài)。（平行于焊縫軸線分布的應(yīng)力稱為縱向應(yīng)力:X；垂直于焊縫軸線的應(yīng)力稱為橫向應(yīng)力:y；厚度方向的殘余應(yīng)力：Z）2（一）、縱向應(yīng)力 1、X的分布 在低碳鋼和普通低合金鋼的焊接結(jié)構(gòu)中，其任意橫截面上的應(yīng)力性質(zhì)均相同，即： 焊縫及其附近的壓縮塑性變形區(qū)內(nèi)為拉應(yīng)力，且數(shù)值一般達(dá)到材料的屈服極限S，而稍離開(kāi)焊縫區(qū)，拉伸應(yīng)力迅速陡降，繼而出現(xiàn)殘余壓應(yīng)力。顯然，沿整條焊縫分布的X都為拉應(yīng)力，但拉應(yīng)

2、力的分布并不完全相同。34 在焊縫的中間區(qū)域，拉應(yīng)力數(shù)值恒定，為材料的S，而在板件兩端，拉應(yīng)力逐漸變化，在自由端面（0-0截面）處X=0?？拷杂啥嗣娴?和-截面XS，隨著截面離開(kāi)自由端距離的增加X(jué)逐漸趨近于S，通常把板條中部X基本保持不變的區(qū)域稱為穩(wěn)定區(qū)，把板件兩端稱為殘余應(yīng)力過(guò)渡區(qū)。52、影響x分布的因素 a.焊縫長(zhǎng)度L L，x增加直至屈服極限；同時(shí)，焊縫越長(zhǎng)，板條中部穩(wěn)定區(qū)越長(zhǎng)；隨著焊縫縮短，x減小且穩(wěn)定區(qū)逐漸減小，直至消失。6 b .板寬(B） 板寬不同，焊接x分布不同 當(dāng)焊縫位于平板中心，B較小時(shí)，x分布在整個(gè)寬度上，并隨B，拉、壓應(yīng)力區(qū)交替出現(xiàn)，應(yīng)力區(qū)面積增大；若B很大，則x只在焊

3、縫附近一定區(qū)域內(nèi)分布。 當(dāng)焊縫并非位于平板中心，x在較寬一處附近分布。7c.材質(zhì)的影響 結(jié)構(gòu)材質(zhì)不同，其焊縫上x(chóng)的分布也不同，隨材料膨脹系數(shù)和彈性模數(shù)的降低，縱向應(yīng)力的最大值也會(huì)隨之降低。 低碳鋼：焊接熱場(chǎng)分布不均勻，焊接區(qū)各部分之間的溫差大，焊縫附近的壓縮塑性區(qū)及塑變量大，x大。鋁合金：因其導(dǎo)熱系數(shù)高，熱場(chǎng)趨于均勻，等溫線分布接近正圓，材料加熱膨脹受到的8 阻礙小，塑性變形小，殘余應(yīng)力低。x0.6-0.8s鈦合金：膨脹系數(shù)、彈性模量低，E=1/3鋼，產(chǎn)生的塑性應(yīng)變不大，x 低。x0.5-0.8s鋼 9圖2-19 高溫時(shí)材料屈服強(qiáng)度變化 圖2-20 縱向殘余應(yīng)力分布10圖2-21高強(qiáng)度鋼對(duì)接焊

4、縫縱向殘余應(yīng)力 曲線0為低碳鋼焊件中典型的殘余應(yīng)力分布，焊縫處的最大殘余應(yīng)力值可高達(dá)材料的屈服應(yīng)力。曲線1、2、3表示HY-130或HY-180等一些高強(qiáng)度鋼焊件中可能出現(xiàn)的縱向殘余應(yīng)力分布。 11假如最大殘余拉伸應(yīng)力高達(dá)屈服應(yīng)力，則應(yīng)力分布如圖中的曲線1。顯然，這種情況下將產(chǎn)生嚴(yán)重的殘余應(yīng)力和變形，在焊接區(qū)可能產(chǎn)生裂紋。如果分布規(guī)律如曲線2，高值殘余拉伸應(yīng)力僅局限于狹窄區(qū)域內(nèi)，則殘余變形顯然比上述情況要小得多，但由于最大殘余拉伸應(yīng)力仍然很大，所以也有可能在焊接區(qū)產(chǎn)生裂紋。如果分布規(guī)律如曲線3，則焊件不會(huì)產(chǎn)生裂紋。 123、圓筒上環(huán)焊縫引起的縱向應(yīng)力 圓筒上環(huán)焊縫引起的縱向應(yīng)力對(duì)于圓筒體就是切

5、向應(yīng)力。a. x的分布規(guī)律： 在焊縫及其附近的區(qū)域內(nèi)為拉伸應(yīng)力，遠(yuǎn)離焊縫則為壓縮應(yīng)力。b. x的特點(diǎn) 圓筒體環(huán)焊縫引起的x比平板直縫小圓筒體環(huán)焊縫在焊后要整體向內(nèi)收縮，使半徑13圖2-30 焊接管道的殘余應(yīng)力分布 14x的大小取決于圓筒半徑R、壁厚和焊接壓縮塑性變形區(qū)的寬度bp。 在壁厚不變時(shí)，x隨圓筒半徑 R的增大而增大，隨壓縮塑性變形區(qū)寬度bp的增大而減小，當(dāng)半徑與壁厚之比較大時(shí)，x的分布逐漸與平板接近。減小，焊縫沿圓周長(zhǎng)度上的收縮比平板直縫收縮具有更大的自由度，其收縮受阻程度較小，x比平板直縫小。1516（二）橫向殘余應(yīng)力y 橫向殘余應(yīng)力是垂直于焊縫軸向的應(yīng)力，分布情況較復(fù)雜，主要由兩部

6、分組成： (1) 焊縫及其附近的塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向應(yīng)力，用y表示； (2) 焊縫及其附近的塑性變形區(qū)的橫向收縮的不同時(shí)性引起的橫向殘余應(yīng)力，用y表示。 橫向殘余應(yīng)力y是由y和y疊加而成171、y 的形成： 圖2-24是由兩塊平板對(duì)接而成的構(gòu)件，假設(shè)沿焊縫中心將構(gòu)件分開(kāi)，則相當(dāng)于分別在兩平板相對(duì)的一側(cè)堆焊，焊后兩平板應(yīng)向焊縫一側(cè)彎曲。若使板恢復(fù)平直，必須在每塊鋼板的兩端施加橫向壓力，在焊縫中部施加橫向拉力，由此在構(gòu)件中產(chǎn)生了橫向殘余應(yīng)力。 在y中，兩端壓應(yīng)力的最大值比中間拉應(yīng)力的最大值大得多。18圖2-24 縱向收縮引起橫向殘余應(yīng)力 192、影響因素a.焊縫長(zhǎng)度L： L越大， y 越

7、低b.平板寬度B 隨平板寬度B,y 。 B, L/B,構(gòu)件剛性,焊縫縱向切開(kāi)后,縱向收縮量,y 圖2-26 焊縫長(zhǎng)度對(duì)橫向殘余應(yīng)力的影響 203、y的形成 焊接時(shí)，焊縫不是同時(shí)完成，金屬各部分在焊接時(shí)總有先后之分，先焊的部分先冷卻，后焊的部分后冷卻，先冷卻的部分由于恢復(fù)剛性要限制后冷卻部分的橫向收縮，相當(dāng)于對(duì)后焊部分施加了拉伸作用，相反，為了平衡拉應(yīng)力，后焊部分對(duì)先冷卻部分相當(dāng)于施加壓縮作用，這種限制與反限制就構(gòu)成y 21 y 的分布與焊接方向、分段方法及焊接順序等有關(guān)。22 從中間向兩端焊接，由于中間部分先焊接先收縮，兩端后焊接后收縮，則兩端部分的橫向收縮要受到中間部分的限制，因此y 的分布

8、是；中間受壓，兩端受拉；相反，從兩端向中間焊接，中間受拉，兩端受壓。 直通焊縫的y ： 由于焊縫尾部最后焊完，其橫向收縮23將受到前面焊縫的限制，尾部受到拉應(yīng)力作用；焊縫中部由于靠近尾部，受到尾部的反作用，因此中部受壓，起焊處要保證內(nèi)應(yīng)力平衡，必然受到拉應(yīng)力作用 分段退焊或分段跳焊 應(yīng)力分布將出現(xiàn)多次拉、壓應(yīng)力的交替分布，殘余應(yīng)力的峰值較低，因此直通的長(zhǎng)焊縫常采用分段退焊或分段跳焊。24 橫向殘余應(yīng)力y是y與y兩者的合成，從減小總橫向應(yīng)力y出發(fā)，應(yīng)盡量采用從中間向兩端施焊的方向進(jìn)行焊接 各種焊接方式的共同規(guī)律：在焊接末端部位都將產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力由中間向兩端焊，兩種橫向應(yīng)力可以抵消一部分，焊后橫向

9、焊接殘余應(yīng)力小，所以焊接順序好。由一端到另一端，雖然抵消應(yīng)力的效果不如由中心施焊的順序，但要好于由兩端向中心焊的順序。 254、y的分布 y在與焊縫平行的各截面上的分布大體與焊縫截面上的分布相似，但離開(kāi)焊縫距離越遠(yuǎn)，應(yīng)力值越低，當(dāng)?shù)竭_(dá)板端時(shí)，y = 026（四）、拘束狀態(tài)下焊接的應(yīng)力 自由狀態(tài)焊接：焊接時(shí)，除焊縫金屬自身的約束和限制外，沒(méi)有任何外部拘束的狀態(tài)。 焊縫在拘束狀態(tài)下的殘余應(yīng)力與自由狀態(tài)不同，拘束狀態(tài)下的焊縫變形除了與自由狀態(tài)一樣要受到焊縫金屬自身的限制外，還會(huì)受到結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的外部拘束阻礙，使得焊縫殘余應(yīng)力發(fā)生了一些變化。27 1、拘束狀態(tài)下焊接的應(yīng)力分布 1.1 橫向拘束作用下的

10、應(yīng)力 如圖2-110，在金屬框架中心桿件上存在一條對(duì)接焊縫，該焊縫縱向收縮時(shí)，相當(dāng)于在自由狀態(tài)下變形，其縱向應(yīng)力與前述相同；但當(dāng)焊縫橫向收縮時(shí)，焊縫連接的兩焊件與其它剛性物體相連，此時(shí)，焊縫收縮除了受到自由狀態(tài)下焊接時(shí)，焊縫自身各部分的阻礙外，其收縮還要受到框架結(jié)構(gòu)的限制，因此，在焊縫內(nèi)2829 部，除了產(chǎn)生與自由狀態(tài)下焊接相似的內(nèi)應(yīng)力y外 ，還將受到框架結(jié)構(gòu)剛性拘束引起的拉應(yīng)力f，該拉應(yīng)力并不是平衡于焊縫截面內(nèi)，而是平衡于整個(gè)框架截面上，這種焊接后不在焊縫截面中平衡而在整個(gè)結(jié)構(gòu)中平衡的應(yīng)力f稱為反作用內(nèi)應(yīng)力 ，焊接接頭的實(shí)際橫向內(nèi)應(yīng)力就是y和f的迭加。30 1.2 縱向拘束作用下的應(yīng)力 如圖

11、2-111，在金屬框架中心桿件上存在的對(duì)接焊縫為縱向，該焊縫橫向收縮時(shí)，相當(dāng)于在自由狀態(tài)下變形，其橫向應(yīng)力與前述相同；但當(dāng)焊縫縱向收縮時(shí)，同樣焊縫連接的兩焊件與其它剛性物體相連，此時(shí)，焊縫的縱向收縮除了受到自由狀態(tài)下焊接時(shí)，焊縫自身各部分的阻礙外，也要受到框架結(jié)構(gòu)3132 的限制，因此，在焊縫內(nèi)部，除了產(chǎn)生與自由狀態(tài)下焊接相似的內(nèi)應(yīng)力X 外 ，還將受到框架結(jié)構(gòu)外部拘束引起的拉應(yīng)力f，該拉應(yīng)力也不是平衡于焊縫截面內(nèi)，而是平衡于整個(gè)框架截面上，因此，f為反作用內(nèi)應(yīng)力 ，焊接接頭的實(shí)際縱向內(nèi)應(yīng)力是X和f的迭加。331.3 拘束狀態(tài)下焊接的應(yīng)力表現(xiàn)特征（1) 反作用內(nèi)應(yīng)力為拉應(yīng)力，且分布范圍大（2)

12、拘束狀態(tài)下焊接的內(nèi)應(yīng)力為自由狀態(tài)下焊接的內(nèi)應(yīng)力迭加外部拘束應(yīng)力，即： Y = y +f s X = x +f s34（五）、封閉焊縫引起的內(nèi)應(yīng)力 封閉焊縫是指焊縫自成一個(gè)封閉回路，如圖2-112，環(huán)繞著接管、鑲塊的焊縫均構(gòu)成封閉焊縫。 35 圓盤(pán)鑲塊的焊接應(yīng)力分布：(1)徑向殘余應(yīng)力 r為拉應(yīng)力。(2)切向殘余應(yīng)力 ，焊縫處為拉應(yīng)力，外側(cè)為壓應(yīng)力。 鑲塊中存在均勻雙軸應(yīng)力場(chǎng)，r與相等，且均為拉應(yīng)力，其數(shù)值取決于d/D。d/D越大，均勻雙軸應(yīng)力場(chǎng)中的應(yīng)力下降。 d/D越小，鑲塊越小，應(yīng)力場(chǎng)中的應(yīng)力上升。36r- 徑向殘余應(yīng)力- 切向殘余應(yīng)力37（六）、相變應(yīng)力定義：相變過(guò)程中，由于比容變化引起的

13、體積 變化受到未相變金屬的限制而產(chǎn)生的應(yīng)力產(chǎn)生條件：相變應(yīng)力取決于相變溫度與塑性溫度Tp的關(guān)系（1）T相Tp，比容變化引起的體積變化不受阻礙，相變不會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)力；（2）T相Tp，相變不會(huì)影響焊后殘余應(yīng)力的分布；對(duì)于部分高強(qiáng)鋼，在加熱時(shí)T相 Tp ，但冷卻時(shí)T相Tp（例如MS Tp）相變的產(chǎn)生影響殘余應(yīng)力存在。391、縱向相變應(yīng)力 (1)假設(shè)：焊縫為不產(chǎn)生相變的奧氏體鋼；母材的奧氏體轉(zhuǎn)變溫度T相max，可以產(chǎn)生塑性變形,承載能力較好。三軸應(yīng)力狀態(tài)：max = 0，不能產(chǎn)生塑性變形，承載能力不好。 5051（三） 內(nèi)應(yīng)力對(duì)機(jī)加工精度的影響1、機(jī)加工工件會(huì)因內(nèi)應(yīng)力重新分布產(chǎn)生變形，影響加工精度 機(jī)

14、械加工總是把一部分材料從工件上切除掉，如果工件內(nèi)部存在應(yīng)力，在把一部份材料切除的同時(shí)，也會(huì)把原先存在于那里的應(yīng)力一起切掉，這樣會(huì)破壞原來(lái)工件中的應(yīng)力平衡。此時(shí)工件中的剩余應(yīng)力為了達(dá)到新的平衡，必然會(huì)引起變形，影響加工精度52532、殘余內(nèi)應(yīng)力會(huì)隨時(shí)間變化破壞已加工件的尺寸精度 焊接構(gòu)件中的內(nèi)應(yīng)力是不穩(wěn)定的，它將在構(gòu)件的長(zhǎng)期存放過(guò)程中或者工作運(yùn)行中隨時(shí)間變化，影響已加工件的尺寸精度，內(nèi)應(yīng)力不穩(wěn)定的因素主要有3點(diǎn)：a 構(gòu)件在室溫下的蠕變或應(yīng)力松弛b 焊后殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成了馬氏體C 淬火馬氏體轉(zhuǎn)變成了回火馬氏體543、減小內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度影響的措施 保證加工精度最好的辦法是先消除焊接內(nèi)應(yīng)力然后再進(jìn)行

15、加，有時(shí)在不消除內(nèi)應(yīng)力的情況下也可以通過(guò)調(diào)整機(jī)械加工工藝來(lái)達(dá)到目的工 由于合金鋼和中碳鋼焊接后會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定組織，以及殘余應(yīng)力的不穩(wěn)定，焊接后應(yīng)該進(jìn)行消除應(yīng)力的處理55（四）內(nèi)應(yīng)力對(duì)受壓桿件穩(wěn)定性的影響 從材料力學(xué)的基本理論得知，兩端鉸支的受壓桿件，在彈性范圍內(nèi)工作時(shí)，其產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界壓應(yīng)力可由下式求得:式中 E為彈性模量；L為受壓桿件的自由長(zhǎng)度；I為構(gòu)件截面慣性矩；F為截面積56上式也可用下式表達(dá)：式中 長(zhǎng)細(xì)比（=L/r) r 截面慣性半徑（=（I/F)1/2)由上式可知：cr 與長(zhǎng)細(xì)比的平方成反比57 當(dāng)構(gòu)件受到外載壓力作用時(shí)，構(gòu)件截面上的殘余壓應(yīng)力將與外載引起的工作應(yīng)力迭加，迭加的結(jié)果使得

16、壓應(yīng)力區(qū)先期到達(dá)材料的s，此時(shí)材料將發(fā)生塑性變形，其應(yīng)力值維持在s，不再增加，同時(shí)該區(qū)由于已超出彈性工作范圍，將喪失進(jìn)一步承受外載的能力，這相當(dāng)于削弱了構(gòu)件的實(shí)際承載面積。58 另一方面，構(gòu)件截面上的殘余拉應(yīng)力也將與外載引起的工作應(yīng)力迭加，但由于兩者的方向相反，該區(qū)將晚于其它部分到達(dá)材料的s，即該區(qū)還可以繼續(xù)承受外載，因此此時(shí)的實(shí)際承載面積就只是內(nèi)應(yīng)力中的拉應(yīng)力區(qū) 焊接工字梁有四條角焊縫，假設(shè)它的兩個(gè)翼板受到外壓力P的作用，且內(nèi)應(yīng)力分布為中部拉應(yīng)力，兩端為壓應(yīng)力5960構(gòu)件內(nèi)無(wú)殘余內(nèi)應(yīng)力時(shí):有效承載面積:F=2 bB慣性矩：IX= 2 (bB3)/12構(gòu)件內(nèi)有殘余內(nèi)應(yīng)力時(shí):有效承載面積:F =

17、2 bB慣性矩：IX= 2 (bB3)/12F F IX IX IX / F IX/ F rX = （ IX / F )1/2 r X = （ IX/F )1/2 = L/ rX = L/ rX cr cr61 有殘余內(nèi)應(yīng)力時(shí)，受壓桿件發(fā)生失穩(wěn)的臨界應(yīng)力小于無(wú)內(nèi)應(yīng)力時(shí)，即殘余內(nèi)應(yīng)力的存在會(huì)降低受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性。提高構(gòu)件穩(wěn)定性的措施：1、 焊后進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理 研究表明，構(gòu)件在焊后進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火處理，其發(fā)生失穩(wěn)的臨界應(yīng)力比焊后不處理時(shí)相比，可提高20-30%622、改變加工方法或調(diào)整工藝使構(gòu)件邊緣形成拉伸殘余應(yīng)力 如果工字梁的內(nèi)應(yīng)力分布與前述情況相反，即翼緣的兩邊為拉應(yīng)力，此時(shí)由于有

18、效承載面積是分布在遠(yuǎn)離中性軸的位置，其對(duì)X-X軸產(chǎn)生的慣性矩IX增大，構(gòu)件發(fā)生失穩(wěn)的臨界應(yīng)力也增大，因此構(gòu)件穩(wěn)定性提高63 通常，通過(guò)氣割加工或由幾塊板疊焊，可以使翼緣邊緣產(chǎn)生拉伸內(nèi)應(yīng)力 內(nèi)應(yīng)力的影響只在一定長(zhǎng)細(xì)比范圍內(nèi)的構(gòu)件中起作用。當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比較大，由于臨界應(yīng)力本身很低或當(dāng)內(nèi)應(yīng)力較小時(shí)，外載與殘余內(nèi)應(yīng)力之和在失穩(wěn)時(shí)仍未達(dá)到s，則內(nèi)應(yīng)力對(duì)穩(wěn)定性不會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)較小時(shí)，臨界應(yīng)力取決于構(gòu)件的全面屈服，內(nèi)應(yīng)力也不產(chǎn)生影響64(五)、對(duì)剛度的影響1、 構(gòu)件的剛度： 結(jié)構(gòu)抵抗外力產(chǎn)生變形的能力，通常用產(chǎn)生單位變形量所需的載荷表征(P/L)。 設(shè)一構(gòu)件在外載荷P作用下伸長(zhǎng)L，且構(gòu)件截面上的應(yīng)力 = P/ F

19、 s: L = L = L /E = L P /(EF ) = L P/(EB) 65構(gòu)件的剛度：P/L = F E/ L由上可知： 剛度是構(gòu)件特有的屬性，取決于構(gòu)件的截面積和長(zhǎng)度(結(jié)構(gòu)的幾何特性)， 對(duì)于同一結(jié)構(gòu)，剛度一定，外載P與L呈線性關(guān)系，在外載P為縱坐標(biāo)，L為橫坐標(biāo)的坐標(biāo)系中，兩者的關(guān)系是過(guò)原點(diǎn)的直線，此時(shí)，剛度可用直線的斜率tg表征66672、殘余應(yīng)力對(duì)剛度的影響(1)、對(duì)比有、無(wú)殘余應(yīng)力時(shí)，構(gòu)件的剛度變化 假設(shè)一構(gòu)件長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為B，厚為，其內(nèi)無(wú)殘余應(yīng)力，只受外載拉力P作用，且P引起的s：有效承載面積： F = B 伸長(zhǎng)量:L = L P /(EF ) = L P/(EB) 剛度：

20、 tg =P/L = F E/ L = B E / L 68 又假設(shè)構(gòu)件中心有一條焊縫，其內(nèi)應(yīng)力分布方向與外力一致，在焊縫附近b區(qū)中內(nèi)應(yīng)力為拉應(yīng)力1，1=s，兩側(cè)為壓應(yīng)力2，2 s:有效承載面積： F1 =( B - b ) 伸長(zhǎng)量:L=LP/(E F1)= LP/ E(B-b) 剛度： tg1=P/L1= F1E/L=(B-b)E/L對(duì)比兩種情況：F1L; tg1tg結(jié)論：內(nèi)應(yīng)力的存在要降低構(gòu)件的剛度69（2）加載和卸載情況下內(nèi)應(yīng)力對(duì)剛度的影響a 無(wú)內(nèi)應(yīng)力作用且構(gòu)件在外力p作用下引起的應(yīng)力 P / F s 加載時(shí)，構(gòu)件在外載P作用下的伸長(zhǎng)過(guò)程可用OS線表示，此時(shí)構(gòu)件各截面向外做平行移動(dòng)，由于

21、 s，該變形為彈性變形，各截面上的=P/F=P/B,應(yīng)力隨P的增大均勻增加，最大將增大至s，伸長(zhǎng)量:L= LP/(EF)，剛度：tg= F E/L，等于直線OS的斜率 70 卸載時(shí)，各截面做反向平行移動(dòng)，即產(chǎn)生回彈收縮變形，該變形也為彈性變形，因此各截面上的應(yīng)力均勻下降，應(yīng)力值仍為P/B ，于加載時(shí)的應(yīng)力相等。當(dāng)外載完全卸除時(shí)，構(gòu)件的回彈量L2 = L P /(EF )也等于加載時(shí)的伸長(zhǎng)量，因此卸載過(guò)程是加載過(guò)程的逆過(guò)程，可以用SO線表示。71b 構(gòu)件內(nèi)有內(nèi)應(yīng)力，且應(yīng)力分布為：b區(qū)中為拉應(yīng)力1，1=s,（B b）區(qū)中為壓應(yīng)力2，2 s 2 = s b /（B b） 由此可見(jiàn)，在無(wú)內(nèi)應(yīng)力作用時(shí)對(duì)

22、構(gòu)件加載卸載，卸載變形量=加載伸長(zhǎng)量，卸載后構(gòu)件內(nèi)既無(wú)內(nèi)應(yīng)力，也無(wú)殘余變形，同時(shí)構(gòu)件剛度不變72 加載時(shí)，在外載P的作用下構(gòu)件各截面向外做平行移動(dòng)，產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形。其中b區(qū)，由于應(yīng)力已達(dá)到材料的屈服極限該區(qū)將產(chǎn)生拉伸塑性變形，而不承受外力，因此其應(yīng)力維持在s不變；在（Bb）區(qū)內(nèi)：由于應(yīng)力小于s，將繼續(xù)承載，因此該區(qū)應(yīng)力持續(xù)增加為2+P/(B-b)，構(gòu)件伸長(zhǎng)量:L= LP/(EF)= LP/ (B-b)E構(gòu)件剛度：tg= F E/L = (B-b)E/L 小于無(wú)內(nèi)應(yīng)力時(shí)的剛度，該加載過(guò)程可用01直線表示73 卸載時(shí)，構(gòu)件各截面發(fā)生回彈，由于此過(guò)程中各區(qū)均不再產(chǎn)生塑性變形，因此構(gòu)件的實(shí)際承載面積仍為

23、構(gòu)件截面積F= B .這樣各區(qū)的應(yīng)力將均勻下降 P/B，因此：b區(qū)應(yīng)力： s - P/B (Bb）區(qū)的應(yīng)力:2+P/(B-b) - P/B ， 與加載時(shí)的內(nèi)應(yīng)力相比，兩區(qū)應(yīng)力都發(fā)生了下降74構(gòu)件回彈量:L2= L P /(EF )= L P/(EB) 小于加載時(shí)的伸長(zhǎng)量但與無(wú)內(nèi)應(yīng)力時(shí)的回彈量相同剛度： tg = F E/ L = B E / L 大于加載時(shí)的剛度但與無(wú)內(nèi)應(yīng)力時(shí)的剛度相同顯然該卸載過(guò)程與無(wú)內(nèi)應(yīng)力時(shí)的卸載過(guò)程相同，因此該卸載過(guò)程可用直線12表示，12與O-S線平行，說(shuō)明兩者情況相同。75 此外，卸載后，在構(gòu)件上還保留了一個(gè)伸長(zhǎng)量，L- L結(jié)論： 如果構(gòu)件中存在與外力方向一致的內(nèi)應(yīng)力

24、，且內(nèi)應(yīng)力的數(shù)值達(dá)到s，則在外力作用下，剛度將下降，且卸載后構(gòu)件內(nèi)的殘余應(yīng)力下降，同時(shí)構(gòu)件還將產(chǎn)生殘余變形76c 構(gòu)件有內(nèi)應(yīng)力，b區(qū)中的拉應(yīng)力1 s ，（B b）區(qū)中的壓應(yīng)力2 s 加載時(shí)，由于b區(qū)的拉應(yīng)力1 s，還可以承受外力，因此構(gòu)件的實(shí)際承載面積就是構(gòu)件截面積B，同時(shí)在外力P作用下，構(gòu)件截面上的應(yīng)力均勻增加，各區(qū)的應(yīng)力增加值為： P / B，因此：b區(qū)應(yīng)力： 1 + P /B (Bb）區(qū)的應(yīng)力:2 + P /B77伸長(zhǎng)量:L = L P/(EB) 剛度： tg = B E / L 構(gòu)件的L 及tg與無(wú)內(nèi)應(yīng)力時(shí)的相同，說(shuō)明此加載過(guò)程與無(wú)內(nèi)應(yīng)力時(shí)類(lèi)似，因此起初的加載過(guò)程是按o-s線進(jìn)行，但當(dāng)

25、外力達(dá)到1點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載荷時(shí)，b區(qū)的內(nèi)應(yīng)力剛好增加到s，此時(shí)b區(qū)又將喪失承載能力，構(gòu)件的有效承載面積又縮小到壓應(yīng)力區(qū)對(duì)應(yīng)78的截面積，即/(B-b)。顯然此時(shí)的加載過(guò)程與前面第二中情況相同，因此1點(diǎn)以后的加載過(guò)程是按12進(jìn)行，此時(shí)b區(qū)產(chǎn)生拉伸塑性變形，應(yīng)力維持在s；在（Bb）區(qū)內(nèi)：應(yīng)力增加為2+P/(B-b)，構(gòu)件伸長(zhǎng)量:L= LP/(EF)= LP/ (B-b)E構(gòu)件剛度：tg= F E/L = (B-b)E/L 與起初的加載過(guò)程相比，構(gòu)件的剛度減小而伸長(zhǎng)變形量增加79卸載時(shí)，構(gòu)件各截面發(fā)生回彈，由于此過(guò)程中各區(qū)均不再產(chǎn)生塑性變形，構(gòu)件截面上的應(yīng)力均勻下降，實(shí)際承載面積又恢復(fù)到構(gòu)件截面積B ，此

26、時(shí)的卸載過(guò)程與前面第二種情況的卸載過(guò)程相同，因此可用12的平行線23表示，此時(shí)b區(qū)應(yīng)力： s - P/B (Bb）區(qū)的應(yīng)力:2+P/(B-b) - P/B 80構(gòu)件回彈量:L= L P/(EB) 小于加載時(shí)的伸長(zhǎng)量但與無(wú)內(nèi)應(yīng)力時(shí)的回彈量相同，因此卸載后，在構(gòu)件上還保留一個(gè)伸長(zhǎng)量，但由于該情況下加載時(shí)的伸長(zhǎng)量小于第二種情況加載時(shí)的伸長(zhǎng)量，構(gòu)件在卸載后，殘余變形有所降低結(jié)論：構(gòu)件中存在內(nèi)應(yīng)力，且內(nèi)應(yīng)力 s，外力作用下，剛度將下降，且卸載后構(gòu)件產(chǎn)生殘余變形，但殘余變形下降81三、 焊接殘余應(yīng)力的控制和消除措施(一) 在焊接過(guò)程中調(diào)節(jié)應(yīng)力的措施 在焊接過(guò)程中采用一些工藝措施，往往可以調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力，降低殘

27、余應(yīng)力的峰值，調(diào)整應(yīng)力的分布，甚至還可以改善接頭的性能，因此適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┦呛苡斜匾摹?、采用合理的焊接順序和方向82(1) 盡量使焊縫自由收縮，先焊收縮量較大的焊縫正確的焊接順序是：先焊蓋板的對(duì)接焊縫1，后焊蓋板和工字鋼之間的角焊縫2，使對(duì)接焊縫1能自由收縮，減小應(yīng)力83(2) 為提高接頭強(qiáng)度，先焊工作應(yīng)力較大的焊縫 焊接工字梁接頭時(shí)，應(yīng)預(yù)先留出一段翼緣角焊縫最后焊接，先焊受力最大的對(duì)接焊縫1，然后焊接腹板對(duì)接焊縫2，最后再焊接翼緣角焊縫84(3)平板拼焊時(shí)，應(yīng)先焊錯(cuò)開(kāi)的短焊縫，再焊直通長(zhǎng)焊縫這種焊接順序可以使受力大的1、2焊縫自由收縮，減小應(yīng)力，焊完角焊縫3后，其橫向收縮能使翼板對(duì)接焊縫中的殘余應(yīng)力進(jìn)一步減小。85采用反變形法減小接頭剛度 對(duì)于封閉焊縫和剛性較大，自由度較小的焊縫，除采用合理的焊接順序，還應(yīng)盡量減小接頭剛度，使焊縫獲得足夠的自由收縮，達(dá)到減小殘余應(yīng)力的目的。863、 錘擊或碾壓焊縫 焊后一定時(shí)間內(nèi)，用帶小圓弧面的風(fēng)槍或小手錘輕輕錘擊處于高熱的焊縫表