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残余应力对焊接接头性能的影响主要体现在以下几个方面:
1. 对静载强度的影响
塑性材料:残余应力不影响静载强度,因塑性变形可使应力均匀化。
脆性材料:残余拉应力与外载叠加可能导致局部应力超过抗拉强度,引发脆性断裂。例如,低碳钢在低温下可能因残余应力导致低应力脆断。
2. 对疲劳强度的影响
残余拉应力:显著降低疲劳寿命,使裂纹扩展速率加快。例如,焊缝区残余拉应力可达屈服点,成为疲劳裂纹敏感区。
残余压应力:如喷丸处理引入的压应力可提高疲劳强度30%-50%。
3. 对加工精度和尺寸稳定性的影响
机械加工时,切除含残余应力的材料会破坏应力平衡,导致工件变形。例如,T形焊件加工后可能因应力释放产生上拱变形。
高温合金等材料因组织不稳定,残余应力随时间变化较大,影响尺寸稳定性。
4. 对受压杆件稳定性的影响
残余压应力与外载叠加会削弱有效截面,降低临界应力,增加失稳风险。例如,焊接工字梁腹板中心的压应力可能引发波浪变形。
5. 对应力腐蚀开裂的影响
残余拉应力与腐蚀介质协同作用会加速应力腐蚀裂纹扩展。例如,未消除应力的焊接接头在腐蚀环境中裂纹扩展速率可提高2-3倍。
6. 对低温脆性的影响
厚板或三向拉应力区域(如交叉焊缝)会阻碍塑性变形,促进低温脆断。
7. 对结构刚度的间接影响
残余应力可能导致构件变形增大,降低刚度,但通常不影响强度。
总结
残余应力的拉/压特性对性能影响相反:拉应力普遍有害,压应力可改善疲劳性能。工程中需通过工艺优化(如喷丸、热处理)或设计调整(如减少焊缝集中)来调控残余应力分布。
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