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鋼結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力就是指的焊接殘余應(yīng)力嗎?還是焊接殘余應(yīng)力只是其中的主要部分?

發(fā)布者:新宇空間 發(fā)布日期:2021-11-19 瀏覽次數(shù):1231

1,鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程是在焊件局部區(qū)域加熱熔化,然后冷卻凝固的熱過程,由于不均勻的溫度場(chǎng),導(dǎo)致構(gòu)件不均勻的膨脹和收縮,從而使構(gòu)件內(nèi)部殘存應(yīng)力并引起變形,通稱的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形.
2,殘余應(yīng)力是鋼材在熱軋、氧割、焊接的加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的,先冷卻部分形成壓應(yīng)力,后冷卻部分形成拉應(yīng)力。
3,焊接殘余應(yīng)力按其方向可劃分為縱向殘余應(yīng)力、橫向殘余應(yīng)力和厚度方向殘余應(yīng)力三種。
4,焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的影響

<1>剛度——由于在殘余拉應(yīng)力區(qū)域提前進(jìn)入塑性狀態(tài)而剛度降為零,繼續(xù)增加的外力僅由彈性區(qū)承擔(dān),因此構(gòu)件變形必然增大,剛度減小。
<2>靜力強(qiáng)度——?dú)堄鄳?yīng)力對(duì)靜力強(qiáng)度并無影響。
<3>壓桿的穩(wěn)定承載力——有殘余應(yīng)力的壓桿,在殘余應(yīng)力區(qū)提前進(jìn)入塑性狀態(tài),截面的彈性區(qū)減小,桿件的抗彎剛度也相應(yīng)減小,因此其穩(wěn)定承載力降低。
<4>疲勞強(qiáng)度和溫度冷脆——由于塑性變形受到約束,材料變脆,使裂紋容易產(chǎn)生和開展,疲勞強(qiáng)度也會(huì)降低,在低溫情況下,更容易形成冷脆裂紋。

5,焊接殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)的影響
焊接殘余變形不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸,使裝配困難,而且使構(gòu)件產(chǎn)生初偏心和初彎曲等初始缺陷,在受荷載時(shí)引起附加內(nèi)力,影響其承載能力。

6,焊接殘余應(yīng)力的分布與大小
殘余應(yīng)力的分布、大小與截面的形狀、尺寸、制造方法和加工過程等有關(guān),而與鋼材的強(qiáng)度等級(jí)關(guān)系不大。

7,減少焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的方法:
如上所述,焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對(duì)結(jié)構(gòu)性能均有不利影響,故應(yīng)減小殘余應(yīng)力并控制殘余變形過大,使其符合〈施工規(guī)范〉的規(guī)定,否則應(yīng)進(jìn)行矯正。殘余應(yīng)力和殘余變形在焊接過程中是相互關(guān)連的。為了減小殘余變形,在施焊時(shí)應(yīng)對(duì)焊件進(jìn)行加強(qiáng)約束。
為了減小我們應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面:
〈1〉設(shè)計(jì)方面
〈2〉制造、焊接工藝方面。

焊接殘余應(yīng)力分類及影響:
焊接殘余變形:焊接的不均勻加熱和高溫區(qū)的熱態(tài)塑性壓縮,使構(gòu)件冷卻后產(chǎn)生一些殘余變形,如縱向縮短,橫向縮短,彎曲變形,角變形和扭曲變形等。

焊接殘余應(yīng)力分類:
1)縱向焊接殘余應(yīng)力;
2)橫向殘余應(yīng)力;
3)沿焊縫厚度方向的殘余應(yīng)力;
4)約束狀態(tài)下產(chǎn)生的焊接應(yīng)力。

焊接殘余應(yīng)力的影響
1)對(duì)結(jié)構(gòu)靜力強(qiáng)度的影響:對(duì)于具有一定塑性的材料,在靜力荷載作用下,焊接殘余應(yīng)力是不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的;
2)對(duì)剛度的影響:焊接殘余應(yīng)力會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度;
3)對(duì)壓桿穩(wěn)定的影響:焊接殘余應(yīng)力會(huì)使壓桿的撓曲剛度減小,從而必定降低其穩(wěn)定承載力;
4)對(duì)低溫冷脆的影響:在厚板和有三軸交叉焊縫的情況下,將產(chǎn)生三軸焊接殘余應(yīng)力,阻礙塑性變形,在低溫下使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展,加速構(gòu)件的脆性破壞;
5)對(duì)疲勞的影響:焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度有不利影響,使焊縫及其附近產(chǎn)生高額殘余拉應(yīng)力。

減少焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的方法
1)采用合理的施焊次序:例如鋼板對(duì)接時(shí)采用分段退焊,厚焊縫采用分層焊,工字形截面按對(duì)角跳焊等;
2)施焊前給構(gòu)件一個(gè)和焊接變形相反的預(yù)變形,使構(gòu)件在焊后產(chǎn)生的焊接變形與之正好抵消;
3)對(duì)于小尺寸焊件,在施焊前預(yù)熱,或施焊后回火(加熱至600°C左右,然后緩慢冷卻),可以消除焊接殘余應(yīng)力。也可以用機(jī)械方法或氧炔焰局部加熱反彎以消除焊接變形。

合理的焊縫設(shè)計(jì)

為了減少焊接應(yīng)力與焊接變形,設(shè)計(jì)時(shí)在構(gòu)造上采取一些措施:
1)焊接的位置要合理,焊縫的布置應(yīng)盡可能對(duì)稱于構(gòu)件重心,以減少焊接變形。
2)焊縫尺寸要適當(dāng),在允許范圍內(nèi),可以采用較小焊腳尺寸,并加大焊縫長度,使需要的焊縫總面積不變,以免因焊腳尺寸過大而引起過大的焊接殘余應(yīng)力。焊縫過厚還可能引起施焊時(shí)燒穿、過熱等現(xiàn)象。
3)焊縫不宜過度集中。
4)應(yīng)盡量避免三向焊縫相交,為此可使次要焊縫中斷,主要焊縫連續(xù)通過。
5)要考慮鋼板的分層問題,避免垂直于板面?zhèn)鬟f拉力。
此外,為了保證焊接質(zhì)量,還應(yīng)注意:焊縫連接構(gòu)造要盡可能避免仰焊,并且施焊時(shí)焊條易于到達(dá)。

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