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焊接残余应力的产生及影响可归纳如下:
一、产生原因
不均匀加热与冷却:焊接时焊缝区域局部高温膨胀,受周围低温金属约束产生塑性压缩;冷却收缩时因收缩量差异,受周围金属牵制形成拉应力。
热变形协调失效:金属局部受热膨胀与冷却收缩过程不协调,导致变形受阻而产生内应力。
结构约束作用:焊件受外部刚性固定或自身几何形状(如厚板多层焊、管座连接)限制,加剧内应力积累。厚板焊接时还会形成纵向、横向及厚度方向的三向残余应力。
二、主要影响
力学性能下降:
脆性断裂风险:残余拉应力与工作应力叠加,可能引发低应力脆断。
疲劳强度降低:在循环载荷下,残余拉应力加速裂纹扩展,显著缩短结构寿命。
稳定性减弱:残余压应力会降低受压构件的屈曲稳定性。
结构功能受损:
刚度退化:局部区域应力叠加至屈服点后,材料进入塑性变形,导致有效承载截面减小,刚度下降。
尺寸精度失控:残余应力释放或重分布引起变形,影响装配精度及后续加工质量。
环境敏感性增加:
应力腐蚀开裂:残余拉应力与腐蚀介质共同作用,加速材料开裂。
长期尺寸失稳:应力随时间重新分布,导致构件尺寸缓慢变化。
关键机制总结
焊接残余应力本质是热-力耦合作用下的自平衡内应力。其危害源于与工作应力的叠加效应,尤其在应力集中区、低温环境或动态载荷下表现更为显著。
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