焊縫存在應力有什麼危害

1. 焊接殘余應力對結構的影響有哪些

你好，焊來接構件由於存在高的自拉伸殘余應力，且焊縫部位存在熱影響區、焊趾缺陷、接頭應力集中，形成構件上組織和力學的薄弱部位，有可能導致構件運行時的變形、早期開裂、應力腐蝕、疲勞斷裂和脆性斷裂。所以，在可能的情況下採用適合的時效工藝以改善組織性能及消除殘余應力，將可有效地提高構件的穩定性和安全性及使用壽命。 華雲機電生產的振動時效設備對構件施加交變應力，與構件上的殘余應力疊加達到材料的屈服應力，發生局部的宏觀和微觀塑性變形；這種塑性變形往往首先發生在殘余應力最大處和構件的應力集中點，使這里的殘余應力得以釋放，達到降低和均化殘余應力的作用。

2. 焊縫殘余應力與焊縫殘余應變有何危害

材料的變形可分為彈性變形和塑性變形。彈性變形是可以恢復的變形，應力消除後，變形消失；應力超過材料屈服強度，則產生塑性變形，應力消除後，變形不能完全恢復，被保留下來的部分就是塑性變形。機械零件的變形有以下四個方面的原因。
(1)毛坯製造鑄造、鍛造、焊接等熱加工零件由於溫度差異、冷卻和組織轉變的先後不一都會形成殘余的內應力，經熱處理的零件也存在內應力。尤其是鑄造毛坯，形狀復雜，厚薄不均，在澆鑄後的冷卻過程中，形成拉伸、壓縮等不同的應力狀態，內應力可引起變形和短裂。毛坯的內應力是不穩定的，通常在12～20個月的時間內逐步消失。但隨著應力的重新分布，零件會產生變形。
(2)機械加工在切削加工過程中，由於裝夾、切削力、切削熱的作用，零件表層會發生塑性變形和冷作硬化，因而產生內應力，也會引起變形。如果毛坯是在有內應力的狀態下就進行加工，切除一部分表面後，破壞了內應力的平衡，由於內應力重新分布，零件將發生變形。對毛坯雖然安排了消除內應力的工序，在加工中也達到了精度要求，然而製成後的零件經過一段時間，在殘余應力的長期作用下，會發生內應力鬆弛而變形（就是彈性極限降低，且產生減少內應力的塑性變形）。特別是箱體類零件和長而大的基礎零件，因厚薄過渡很多，極易產生殘余應力，而發生內應力鬆弛的變形。
(3)操作使用機械設備在較惡劣的工況下工作，其工作零部件在極限載荷或超載荷的情況下運行，溫度有時很高使屈服強度降低，均會使零件產生變形。由於操作不當使設備過載或產生高溫，從而使零部件變形，直至因變形過大而使零件失效。
(4)修理質量在設備修理過程中，如果不考慮被修零件已經變形，常常會造成零件更大的變形或增加變形的危害。例如用機械方法修復零件，制定修復工藝、確定定位基準和安裝夾緊零件時，不考慮零件原來變形的情況，或修理操作不當，均會引起零件形位誤差加大。特別是採用焊接、熱處理、塑形變形等修復工藝方法修復工具時，沒有考慮熱應力、相變應力的作用，壓力加工沒有考慮彈性後效（應變逐漸恢復而落後於應力的現象），以及內應力鬆懈等，都將會產生應力和變形。

3. 誰知道鋼材焊縫位置的疲勞應力與母材的疲勞應力有多大的區別

靜載強度對焊接結構疲勞強度的影響

在鋼鐵材料的研究中，人們總是希望材料具有較高的比強度，即以較輕的自身重量去承擔較大的負載重量，因為相同重量的結構可以具有極大的承載能力；或是同樣的承載能力可以減輕自身的重量。所以高強鋼應運而生，也具有較高的疲勞強度，基本金屬的疲勞強度總是隨著靜載強度的增加而提高。

但是對於焊接結構來說，情況就不一樣了，因為焊接接頭的疲勞強度與母材靜強度、焊縫金屬靜強度、熱影響區的組織性能以及焊縫金屬強度匹配沒有多大的關系，也就是說只要焊接接頭的細節一樣，高強鋼和低碳鋼的疲勞強度是一樣的，具有同樣的S-N曲線，這個規律適合對接接頭、角接接頭和焊接梁等各種接頭型式。Maddox研究了屈服點在386—636MPa之間的碳錳鋼和用6種焊條施焊的焊縫金屬和熱影響區的疲勞裂紋擴展情況，結果表明：材料的力學性能對裂紋擴展速率有一定影響，但影響並不大。在設計承受交變載荷的焊接結構時，試圖通過選用較高強度的鋼種來滿足工程需要是沒有意義的。只有在應力比大於+0.5的情況下，靜強度條件起主要作用時，焊接接頭母材才應採用高強鋼。

造成上述結果的原因是由於在接頭焊趾部位沿溶合線存在有類似咬邊的熔渣楔塊缺陷，其厚度在0.075mm-0.5mm，尖端半經小於0.015mm。該尖銳缺陷是疲勞裂紋開始的地方，相當於疲勞裂紋形成階段，因而接頭在一定應力幅值下的疲勞壽命，主要由疲勞裂紋的擴展階段決定。這些缺陷的出現使得所有鋼材的相同類型焊接接頭具有同樣的疲勞強度，而與母材及焊接材料的靜強度關系不大。
接頭類型的影響

焊接接頭的形式主要有：對接接頭、十字接頭、T形接頭和搭接接頭，在接頭部位由於傳力線受到干擾，因而發生應力集中現象。

對接接頭的力線干擾較小，因而應力集中系數較小，其疲勞強度也將高於其他接頭形式。但實驗表明，對接接頭的疲勞強度在很大范圍內變化，這是因為有一系列因素影響對接接頭的疲勞性能的緣故。如試樣的尺寸、坡口形式、焊接方法、焊條類型、焊接位置、焊縫形狀、焊後的焊縫加工、焊後的熱處理等均會對其發生影響。具有永久型墊板的對接接頭由於墊板處形成嚴重的應力集中，降低了接頭的疲勞強度。這種接頭的疲勞裂紋均從焊縫和墊板的接合處產生，而並不是在焊趾處產生，其疲勞強度—般與不帶墊板的最不佳外形的對接接頭的疲勞強度相等。

十字接頭或T形接頭在焊接結構中得到了廣泛的應用。在這種承力接頭中，由於在焊縫向基本金屬過渡處具有明顯的截面變化，其應力集中系數要比對接接頭的應力集中系數高，因此十字或T形接頭的疲勞強度要低於對接接頭。對未開坡口的用角焊縫連接的接頭和局部熔透焊縫的開坡口接頭，當焊縫傳遞工作應力時，其疲勞斷裂可能發生在兩個薄弱環節上，即基本金屬與焊縫趾端交界處或焊縫上。對於開坡口焊透的的十字接頭，斷裂一般只發生在焊趾處，而不是在焊縫處。焊縫不承受工作應力的T形和十字接頭的疲勞強度主要取決於焊縫與主要受力板交界處的應力集中，T形接頭具有較高的疲勞強度，而十字接頭的疲勞強度較低。提高T形或十字接頭疲勞強度的根本措施是開坡口焊接，並加工焊縫過渡處使之圓滑過渡，通過這種改進措施，疲勞強度可有較大幅度的提高。

搭接接頭的疲勞強度是很低的，這是由於力線受到了嚴重的扭曲。採用所謂「加強」蓋板的對接接頭是極不合理的，由於加大了應力集中影響，採用蓋板後，原來疲勞強度較高的對接接頭被大大地削弱了。對於承力蓋板接頭，疲勞裂紋可發生在母材，也可發生在焊縫，另外改變蓋板的寬度或焊縫的長度，也會改變應力在基本金屬中的分布，因此將要影響接頭的疲勞強度，即隨著焊縫長度與蓋板寬度比率的增加，接頭的疲勞強度增加，這是因為應力在基本金屬中分布趨於均勻所致。

2.2.2 焊縫形狀的影響

無論是何種接頭形式，它們都是由兩種焊縫連接的，對接焊縫和角焊縫。焊縫形狀不同，其應力集中系數也不相同，從而疲勞強度具有較大的分散性。

對接焊縫的形狀對於接頭的疲勞強度影響最大。

(1) 過渡角的影響 Yamaguchi等人建立了疲勞強度和基本金屬與焊縫金屬之間過渡角(外鈍角)的關系。試驗中W(焊縫寬度)和h(高度)變化，但h/W比值保持不變。這意味著夾角保持不變，試驗結果表明，疲勞強度也保持不變。但如果W保持不變，變化參量h，則發現h增加，接頭疲勞強度降低，這顯然是外夾角降低的結果。

(2) 焊縫過渡半徑的影響Sander等人的研究結果表明焊縫過渡半徑同樣對接頭疲勞強度具有重要影響，即過渡半徑增加(過渡角保持不變)，疲勞強度增加。

角焊縫的形狀對於接頭的疲勞強度也有較大的影響。

當單個焊縫的計算厚度a與板厚B之比a/B<0.6～0.7時，一般斷裂於焊縫；當a/B>0.7時，一般斷於基本金屬。但是增加焊縫尺寸對提高疲勞強度僅僅在一定范圍內有效。因為焊縫尺寸的增加並不能改變另一薄弱截面即焊趾端處基本金屬的強度，故充其量亦不能超過該處的疲勞強度。Soete，Van Crombrugge採用15mm厚板用不同的角焊縫施焊，在軸向疲勞載荷下的試驗發現，焊縫的焊腳為13mm時，斷裂發生在焊趾處基本金屬或焊縫中。當焊縫的焊腳小於此值時，疲勞斷裂發生在焊縫上；當焊腳尺寸為18mm時斷裂發生在基本金屬中。據此他們提出極限焊腳尺寸：S=0.85B 式中S為焊腳尺寸，B為板厚。可見縱使焊腳尺寸達到板厚時(15mm)，仍可得焊縫處的斷裂結果，這一結果與理論結果符合得很好。

2.2.3 焊接缺陷的影響

焊趾部位存在有大量不同類型的缺陷，這些不同類型的缺陷導致疲勞裂紋早期開裂和使母材的疲勞強度急劇下降（下降到80%）。焊接缺陷大體上可分作兩類：面狀缺陷(如裂紋、未熔合等)和體積型缺陷（氣孔、夾渣等），它們的影響程度是不問的，同時焊接缺陷對接頭疲勞強度的影響與缺陷的種類、方向和位置有關。

1)裂紋 焊接中的裂紋，如冷、熱裂紋，除伴有具有脆性的組織結構外，是嚴重的應力集中源，它可大幅度降低結構或接頭的疲勞強度。早期的研究己表明，在寬60mm、厚12.7mm的低碳鋼對接接頭試樣中，在焊縫中具有長25mm、深5.2mm的裂紋時(它們約占試樣橫截面積的10%)，在交變載荷條件下，其2×106循環壽命的疲勞強度大約降低了55%~65%。

2)未焊透 應當說明，不一定把未焊透均認為是缺陷，因為有時人為地要求某些接頭為周部焊透，典型的例子是某些壓力容器接管的設計。未焊透缺陷有時為表面缺陷（單面焊縫），有時為內部缺陷(雙面焊縫)，它可以是局部性質的，也可以是整體性質的．其主要影響足削弱截面積和引起應力集中。以削弱面積10%時的疲勞壽命與未含有該類缺陷的試驗結果相比，其疲勞強度降低了25%，這意味著其影響不如裂紋嚴重。

3)未熔合 由於試樣難以制備，至今有關研究極其稀少．但是無可置疑，未熔合屬於平面缺陷，因而不容忽視，一般將其和未焊透等同對待。

4)咬邊表徵咬邊的主要參量有咬邊長度L、咬邊深度h、咬邊寬度W。影響疲勞強度的主要參量是咬邊深度h，目前可用深度h或深度與板厚比值(h/B)作為參量評定接頭疲勞強度。

5)氣孔 為體積缺陷，Harrison對前人的有關試驗結果進行了分析總結， 疲勞強度下降主要是由於氣孔減少了截面積尺寸造成，它們之間有一定的線性關系。但是一些研究表明，當採用機加工方法加工試樣表面，使氣孔處於表面上時，或剛好位於表面下方時，氣孔的不利影響加大，它將作為應力集中源起作用，而成為疲勞裂紋的起裂點。這說明氣孔的位置比其尺寸對接頭疲勞強度影響更大，表面或表層下氣孔具有最不利影響。

6)夾渣IIW的有關研究報告指明：作為體積型缺陷，夾渣比氣孔對接頭疲勞強度影響要大。

通過上述介紹可見焊接缺陷對接頭疲勞強度的影響，不但與缺陷尺寸有關，而旦還決定於許多其他因素，如表面缺陷比內部缺陷影響大，與作用力方向垂直的面狀缺陷的影響比其它方向的大；位於殘余拉應力區內的缺陷的影響比在殘余壓應力區的大；位於應力集中區的缺陷(如焊縫趾部裂紋)比在均勻應力場中同樣缺陷影響大。

4. 焊縫夾絲缺陷的危害

焊縫家私缺陷的危害就是承載力不足，有可能造成結構上的安全隱患

5. 正面角焊縫與側面角焊縫相比，具有什麼特點

正面角焊縫來與側面角焊源縫相比，具有高強度的特點。

正面角焊縫（外力垂直焊縫作用）受力復雜截面中各面均存在正應力和剪應力。由於傳力時力線彎折並且焊縫處正好是兩焊件接觸面的端部，相當於裂縫的尖端，故焊根處存在嚴重的應力集中。故正面角焊縫的剛度大強度較高塑性變形差。

側面角焊縫（外力平行焊縫作用）主要承受剪應力塑性較好彈性模量低強度較低。

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側面角焊縫在彈性工作階段沿長度方向受力不均，兩端大而中間小。焊縫長度越長，應力集中系數越大。如果焊縫長度不是太大，焊縫兩端達到屈服強度後，繼續載入，應力會漸趨均勻；當焊縫長度達到一定的長度後，可能破壞首先發生在焊縫兩端，故：Lw≤60hf。

注意：

1、當實際長度大於以上值時，計算時不予考慮；

2、當內力沿側焊縫全長分布時，不受上式限制。

對於焊腳尺寸大而長度小的焊縫，焊件局部加熱嚴重且起落弧坑相距太近，以及可能產生缺陷，使焊縫不可靠。故為了使焊縫具有一定的承載力，規范規定：Lw≥8hf，且不得小於40mm。

6. 焊縫區產生三向同號應力中的三向同號是什麼意思

指某處在三個方向上（X、Y、Z軸）同時存在拉應力或壓應力

7. 簡述焊接殘余應力對結構性能的影響。詳細一些，謝謝

焊接殘余應力對結構性能的影響主要有以下三點：

1、對結構或構件的影響

焊接殘余應力是構件還未承受荷載而早已存在構件截面上的初應力，在構件服役過程中，和其他所受荷載引起的工作應力相互疊加，使其產生二次變形和殘余應力的重新分布，不但會降低結構的剛度和穩定性而且在溫度和介質的共同作用下，還會嚴重影響結構的疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應力腐蝕開裂和高溫蠕變開裂的能力。

2、對結構剛度的影響

當外載產生的應力δ與結構中某區域的殘余應力疊加之和達到屈服點fy時，這一區:域的材料就會產生局部塑性變形，喪失了進一步承受外載的能力，造成結構的有效截而積減小，結構的剛度也隨之降低。結構上有縱向和橫向焊縫時（例如工字樑上的肋板焊縫），或經過火焰校正，都可能在較大的截面上產生殘余拉伸應力，雖然在構件長度上的分布范圍並不太大，但是它們對剛度仍然能有較大的影響。

3、對靜載強度的影響

如果材料是脆性材料，由於材料不能進行塑性變形，隨著外力的增加，構件中不可能應力均勻化。應力峰值將不斷增加，直至達到材料的屈服極限，發生局部破壞，最後導致整個構件斷裂。脆性材料殘余應力的存在，會使承載能力下降，導致斷裂。對於塑性材料，在低溫環境下存在三向拉伸殘余應力的作用，會阻礙塑性變形的產生，從而也會大大降低構件的承載能力。

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焊接殘余應力消除方法：

1、利用錘擊焊縫區來控制焊接殘余應力

焊後用小錘輕敲焊縫及其鄰近區域，使金屬展開，能有效地減少焊接殘余應力。

2、利用振動法來消除焊接殘余應力

構件承受變載荷應力達到一定數值，經過多次循環載入後，結構中的殘余應力逐漸降低，即利用振動的方法可以消除部分焊接殘余應力。一種大型焊件使用振動器消除應力的裝置。

3、利用高溫回火來消除焊接殘余應力

由於構件殘余應力的最大值通常可達到該種材料的屈服點，而金屬在高溫下屈服點將降低。所以將構件的溫度升高至某一定數值時，應力的最大值也應該減少到該溫度下的屈服點數值。如果要完全消除結構中的殘余應力，則必須將構件加熱到其屈服點等於零的溫度，所以一般所取的回火溫度接近於這個溫度。

8. 焊接應力產生的原因

對所有熔化式焊接，在焊縫及其熱影響區都存在較大的殘余應力，殘余應力的存在會導致焊接構件的變形、開裂並降低其承載力；同時，在焊縫的焊趾部位還存在凹坑、余高、咬邊造成的應力集中；而焊趾出的熔渣缺陷、微裂紋又形成了裂紋的提前萌生源。由於受殘余拉應力、應力集中和裂紋萌生源的影響，焊接接頭的疲勞壽命大大降低。

殘余應力都集中在焊縫附近，當焊接殘余應力與承載的工作應力疊加，其數值超過材料的屈服極限時，工件就會再焊縫附近產生焊接變形，斷裂等現象。研究殘余應力的影響不僅考慮其數值的大小，而殘余應力的方向也是重要因素，用盲孔法殘余應力檢測儀可以對焊接殘余應力值的大小和方向進行測量。

在分析殘余應力的影響時，即使焊接構件的殘余應力值遠遠低於其材料的屈服極限，但如果存在嚴重的應力集中，那麼焊接構件在其運輸和使用過程中也會因殘余應力的釋放而發生永久性的塑性變形。

(8)焊縫存在應力有什麼危害擴展閱讀：

焊接變形的大小與焊縫的尺寸、數量和布置有關。首先從設計上合理地確定焊縫的數量、坡口的形狀和尺寸，並恰當地安排焊縫的位置，對於減少變形十分重要。

在工藝上採用高能量密度的焊接方法和小線能量的工藝參量，例如多層焊對減少焊縫的縱、橫向收縮以及由此引起的撓曲和失穩變形是有利的。但多層焊對角變形不利。採用合理的裝配、焊接順序、反變形和剛性固定可以減少焊接變形。