第二节焊接残余应

1、提问：提问：（1）下列哪个钢种不属于耐热钢或不锈钢）下列哪个钢种不属于耐热钢或不锈钢A、14Cr1MoR B、12Cr1MoVC、13MnNiMoR D、0Cr18Ni9（2）下列哪个钢种不属于耐热钢）下列哪个钢种不属于耐热钢A、0Cr18Ni9 B、0Cr19Ni10C、00Cr19Ni10Ti D、4Cr25Ni201、下列是否都属于珠光体耐热钢焊接时可能、下列是否都属于珠光体耐热钢焊接时可能出现的缺欠出现的缺欠A、冷裂纹、冷裂纹 B、再热裂纹、再热裂纹C、层状撕裂、层状撕裂 D、HAZ软化软化2、下列哪种焊材不是耐热钢焊材、下列哪种焊材不是耐热钢焊材A、R307 B、EZCQC、H13C

2、rMoA D、H08CrMoA3、下列哪个试验不是耐热钢要做的评定试验、下列哪个试验不是耐热钢要做的评定试验A、蠕变试验、蠕变试验 B、高温拉伸、高温拉伸C、晶间腐蚀、晶间腐蚀 D、冲击试验、冲击试验第二节第二节 焊接应力和变形焊接应力和变形一、焊接残余应力的产生一、焊接残余应力的产生1、原因：由于热源（焊接温度场）的作用，在焊、原因：由于热源（焊接温度场）的作用，在焊件件上产生了不均匀的温度（焊件上各点的温度不上产生了不均匀的温度（焊件上各点的温度不同，差别很大。各点的加热和冷却也不均匀）。同，差别很大。各点的加热和冷却也不均匀）。焊缝及附近的区域温度高，被焊材料受热膨胀受到焊缝及附近的区域

3、温度高，被焊材料受热膨胀受到周围温度较低区域的阻止，产生周围温度较低区域的阻止，产生压缩塑性变形压缩塑性变形。当。当母材降至室温时，平板中产生母材降至室温时，平板中产生残余应力残余应力。2、影响因素：焊接方法、焊接参数、焊缝位置、影响因素：焊接方法、焊接参数、焊缝位置、尺尺寸及数量、被焊材料的物理性能、装配焊接顺序等。寸及数量、被焊材料的物理性能、装配焊接顺序等。二、残余应力的分布二、残余应力的分布1、纵向残余应力：焊缝及其附近区域为拉应力、纵向残余应力：焊缝及其附近区域为拉应力（数（数值一般达到屈服极限），离开焊缝区，拉应力迅速值一般达到屈服极限），离开焊缝区，拉应力迅速下降，随后出现压应力

4、。下降，随后出现压应力。圆筒纵向残余应力的大小取决于圆筒半径圆筒纵向残余应力的大小取决于圆筒半径R、壁厚以及塑性变形区、壁厚以及塑性变形区的宽度，后者与焊接线能量及材质有关。当壁厚不变，应力值随的宽度，后者与焊接线能量及材质有关。当壁厚不变，应力值随R的减小而降低。的减小而降低。短焊缝比长焊缝中的纵向残余应力峰值小，若短焊缝比长焊缝中的纵向残余应力峰值小，若将长焊缝进行分段焊接，可减少焊件中的纵向将长焊缝进行分段焊接，可减少焊件中的纵向残余应力。板宽对纵向残余应力的影响不如长残余应力。板宽对纵向残余应力的影响不如长度明显。度明显。2、横向残余应力横向残余应力 形成机理较复杂，由两部分组成，一个

5、是焊缝形成机理较复杂，由两部分组成，一个是焊缝及附近塑性区的纵向收缩引起的，另一个是由于焊及附近塑性区的纵向收缩引起的，另一个是由于焊缝及附近塑性区的横向收缩不同时引起的。缝及附近塑性区的横向收缩不同时引起的。（1）纵向收缩引起的残余应力：离焊缝越远，应力）纵向收缩引起的残余应力：离焊缝越远，应力值越小。当焊缝足够长时，中部区域的残余应力逐值越小。当焊缝足够长时，中部区域的残余应力逐渐减少，有趋于零的趋势。渐减少，有趋于零的趋势。（2）横向收缩不同时引起的横向残余应力）横向收缩不同时引起的横向残余应力 指热源在移动过程中对材料的加热存在时间上指热源在移动过程中对材料的加热存在时间上的先后，冷却

6、时存在着相应的先后次序造成的。的先后，冷却时存在着相应的先后次序造成的。先先焊的焊缝凝固结晶时横向收缩对后焊的焊缝有力的焊的焊缝凝固结晶时横向收缩对后焊的焊缝有力的作用。作用。3、厚板中的残余应力、厚板中的残余应力 当板厚超过当板厚超过25mm时，除了有纵向残余应力和时，除了有纵向残余应力和横横向残余应力外，还有厚度方向的残余应力，可能为向残余应力外，还有厚度方向的残余应力，可能为拉应力，也可能为压应力。拉应力，也可能为压应力。多层焊时，每层焊道都会使焊接接头产生一次角变形，在多层焊时，每层焊道都会使焊接接头产生一次角变形，在根部相应的引起拉伸塑性变形，多次塑性变形的积累使根根部相应的引起拉伸

7、塑性变形，多次塑性变形的积累使根部焊缝金属塑性耗尽，发生硬化，应力不断上升，严重情部焊缝金属塑性耗尽，发生硬化，应力不断上升，严重情况下，甚至可能达到金属的强度极限，导致根部断裂况下，甚至可能达到金属的强度极限，导致根部断裂。4、封闭焊缝：是在较大拘束下焊接的，内应力、封闭焊缝：是在较大拘束下焊接的，内应力比自由状态时大很多。比自由状态时大很多。三、焊接残余应力对焊接结构性能的影响三、焊接残余应力对焊接结构性能的影响1、影响静载强度：只要材料有、影响静载强度：只要材料有足够的足够的延性，能进延性，能进行行塑性变形，内应力的影响并不影响构件的承载能塑性变形，内应力的影响并不影响构件的承载能力，对

8、强度无影响。材料处于脆性状态时，由于材力，对强度无影响。材料处于脆性状态时，由于材料不能进行塑性变形，在外力增加到材料的屈服极料不能进行塑性变形，在外力增加到材料的屈服极限，构件发生断裂。限，构件发生断裂。2、影响机加工精度：机加工时要切掉部分材料，、影响机加工精度：机加工时要切掉部分材料，若若这部分材料中有内应力存在，切除后会破坏结构件这部分材料中有内应力存在，切除后会破坏结构件的应力平衡状态，影响精度。的应力平衡状态，影响精度。3、对刚度的影响：当构件中存在较大的残余应力、对刚度的影响：当构件中存在较大的残余应力（达到屈服强度）时，收到与其一致的外力加载（达到屈服强度）时，收到与其一致的外

9、力加载时，构件的刚度会降低，卸载外力后刚度不会恢复。时，构件的刚度会降低，卸载外力后刚度不会恢复。当焊接结构经一次加载和卸载后，若在加载，只要当焊接结构经一次加载和卸载后，若在加载，只要其大小不超过前一次，内应力就不起作用，外载也其大小不超过前一次，内应力就不起作用，外载也不影响内应力分布。此结论只是用于静载。不影响内应力分布。此结论只是用于静载。4、对应力腐蚀的影响：应力越大，发生断裂的时、对应力腐蚀的影响：应力越大，发生断裂的时间间越短。消除残余应力对提高应力腐蚀裂纹性能有益。越短。消除残余应力对提高应力腐蚀裂纹性能有益。三、焊接残余应力的控制和消除措施三、焊接残余应力的控制和消除措施1、

10、尽量减少焊缝数量及尺寸，采用填充金属少的、尽量减少焊缝数量及尺寸，采用填充金属少的坡坡口形式。口形式。2、焊缝不布置尽量避免过度集中，避免交叉焊缝。、焊缝不布置尽量避免过度集中，避免交叉焊缝。3、采用刚度小的接头形式，使焊缝能较自由收缩。、采用刚度小的接头形式，使焊缝能较自由收缩。4、采取合理的焊接顺序及方向：先焊收缩量大的、采取合理的焊接顺序及方向：先焊收缩量大的焊焊缝。有对接及角接存在的结构中，先焊收缩量大的缝。有对接及角接存在的结构中，先焊收缩量大的对接焊缝。对接焊缝。5、拼板时先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。、拼板时先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。6、锤击焊缝、锤击焊缝7、局部加热：加热时产生的膨胀伸长，产生与焊、局部加热：加热时产生的膨胀伸长，产生与焊缝缝收缩时相反的变形，冷却时，加热区的收缩和焊缝收缩时相反的变形，冷却时，加热区的收缩和焊缝收缩方向一致，是焊缝能自由收缩，降低内应力。收缩方向一致，是焊缝能自由收缩，降低内应力。8、焊后整体高温回火或局部高温回火、焊后整体高温回火或局部高温回火9、机械拉伸法：焊后对构件加载，使具有较高拉、机械拉伸法：焊后对构件加载，使具有较高拉伸伸残余应力的区域产生拉伸塑性变形，卸载后残余应残余应力的区域产生拉伸塑性变形，卸载后残余应力降低。力降低。10、温差拉伸法：在焊缝两侧用可移动的火焰进行、温差拉