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浅谈焊接过程中焊接残余应力及其相关问题研究 　　摘要：在焊接过程中，由于加热和冷却循环作用的影响，极易造成焊接残余应力的产生。本文就残余应力的产生原因及影响进行分析，希望对今后的建筑施工有所借鉴。 　　关键词：焊接；残余应力；焊接应力；影响 　　Abstract: in the welding process, because heating and cooling cycle effects, is caused extremely easily welding residual stress of produce. This paper the residual stress causes and effects are analyzed, and the hope for future construction can draw lessons from it. 　　Keywords: welding; Residual stress; The welding stress; influence 　　中图分类号： P755.1 文献标识码： A 文章编号： 　　 　　一、引言 　　在众多的能引起残余应力的因素中，焊接是非常重要的一种。焊接是钢结构中的重要工艺，它运用加热或加压的手段将建筑部件有机地连接在一起或在其表面堆敷覆盖层的加工工艺，被广泛应用于航天、桥梁、压力容器等工业中。焊接残余应力的产生会严重影响到钢结构制造过程本身和焊接结构的使用性能，直接影响到工程质量的优劣和结构的安全。因此．应采取各种有效的措施减少焊接残余应力产生的危害。二、焊接残余应力产生的原因 　　在焊接过程中，由于受热不均匀，极易造成残余应力的产生。如果按照发生源来分，焊接应力可以分为以下几种：一是直接应力。直接应力是造成焊接残余应力的主要原因，这是由于在加热和冷却的时候温度不均匀造成的。二是间接应力。如果构件经过轧制或拉拔，就极易造成间接应力的产生。这种残余应力在一定情况下容易叠加到焊接残余应力上面，焊接完毕后，在构件的冷却变形过程当中会加大残余应力的影响。另外在构件受到外界约束时产生的附加应力也在此类应力范围之内。三是组织应力。这类应力产生的原因是相变导致的比容变化，是由组织变化而产生的应力。 　　其中，直接应力是焊接残余应力形成的主要方面，即焊接残余应力的产生主要是由加热和冷却时的热应力及由它所造成的塑性变形来确定，对这种残余应力起决定性影响的是开始加热时焊接件的温度分布，也就是焊接件各点的温度梯度。焊接件的温度分布受焊接件的形状、焊接速???及材料的热传导系数等热学性质的影响。 　　焊接应力的产生和发展是一个随加热与冷却而变化的材料热弹塑性应力应变动态过程。以熔焊方法为例, 　　 1)材料物理特性和力学性能的影响。一些常用材料的热物理特性在给定的温度T区间的平均值见表1。热导率λ,比热容c,密度ρ或由这几个参数联合表示的热扩散率α=λ/cρ,以及热焓S是影响焊接温度场分布的主要物理参数。线膨胀系数a随温度的变化则是决定焊接热应力、应变的重要物理特性。 　　 　　 　　 　　 　　表1常用材料的热物理性能参数 　　2)不同类型焊接热源的影响。焊接时的热输入是产生焊接应力的决定性因素。焊接热源的种类、热源能量密度的分布、热源的移动速度、被焊接件的形状与厚度都直接影响着热源引起的温度场分布,因而也改变着焊接残余应力的分布规律。 　　此外，构件的变形特性对残余应力的产生也有影响。因为诸如材料的屈服应力、弹性模量、热膨胀系数等都与温度有关，屈服应力、弹性模量等随温度的升高而下降，而热膨胀系数则随温度的升高而增大。焊接是一个涉及电弧物理、传热传质、冶金力学的复杂过程，并在传热过程中金属进行着熔化和凝固、加热或冷却的相变、焊接应力与变形等。高温停留时间、冷却速度等热传循环系数会对焊件的组织状态、力学性能、氢扩散以及焊接冷裂纹等产生重要影响。因此焊接温度场的准确计算是焊接冶金分析、残余应力与变形计算以及焊接质量的控制的前提。从中可以看出，要想研究焊接残余应力必须首先对焊接过程中的温度场进行分析，然后得出应力的动态分布和应力场和温度场的耦合。焊接温度场、应力场的模拟就是运用其热、结构及二者的耦合分析功能进行计算，即先运用其热分析功能计算整个焊接过程的温度场，然后将温度场的计算结果作为热载荷进行结构的力学分析，得到应力场的整个动态变化过程。 　　 　　三、焊接残余应力的测试 　　目前虽然已发展了焊接热弹塑性理论，借助于有限元和高速计算机来计算和预测焊接残余应力的形成和分布，在某些场合可以获得比较理想的结果；但是，由于焊接过程本身的复杂性和数值模拟分析本身的局限性，理论计算和实际检测的结果并不总是符合得很好，因此焊接