焊缝存在应力有什么危害

1. 焊接残余应力对结构的影响有哪些

你好，焊来接构件由于存在高的自拉伸残余应力，且焊缝部位存在热影响区、焊趾缺陷、接头应力集中，形成构件上组织和力学的薄弱部位，有可能导致构件运行时的变形、早期开裂、应力腐蚀、疲劳断裂和脆性断裂。所以，在可能的情况下采用适合的时效工艺以改善组织性能及消除残余应力，将可有效地提高构件的稳定性和安全性及使用寿命。 华云机电生产的振动时效设备对构件施加交变应力，与构件上的残余应力叠加达到材料的屈服应力，发生局部的宏观和微观塑性变形；这种塑性变形往往首先发生在残余应力最大处和构件的应力集中点，使这里的残余应力得以释放，达到降低和均化残余应力的作用。

2. 焊缝残余应力与焊缝残余应变有何危害

材料的变形可分为弹性变形和塑性变形。弹性变形是可以恢复的变形，应力消除后，变形消失；应力超过材料屈服强度，则产生塑性变形，应力消除后，变形不能完全恢复，被保留下来的部分就是塑性变形。机械零件的变形有以下四个方面的原因。
(1)毛坯制造铸造、锻造、焊接等热加工零件由于温度差异、冷却和组织转变的先后不一都会形成残余的内应力，经热处理的零件也存在内应力。尤其是铸造毛坯，形状复杂，厚薄不均，在浇铸后的冷却过程中，形成拉伸、压缩等不同的应力状态，内应力可引起变形和短裂。毛坯的内应力是不稳定的，通常在12～20个月的时间内逐步消失。但随着应力的重新分布，零件会产生变形。
(2)机械加工在切削加工过程中，由于装夹、切削力、切削热的作用，零件表层会发生塑性变形和冷作硬化，因而产生内应力，也会引起变形。如果毛坯是在有内应力的状态下就进行加工，切除一部分表面后，破坏了内应力的平衡，由于内应力重新分布，零件将发生变形。对毛坯虽然安排了消除内应力的工序，在加工中也达到了精度要求，然而制成后的零件经过一段时间，在残余应力的长期作用下，会发生内应力松弛而变形（就是弹性极限降低，且产生减少内应力的塑性变形）。特别是箱体类零件和长而大的基础零件，因厚薄过渡很多，极易产生残余应力，而发生内应力松弛的变形。
(3)操作使用机械设备在较恶劣的工况下工作，其工作零部件在极限载荷或超载荷的情况下运行，温度有时很高使屈服强度降低，均会使零件产生变形。由于操作不当使设备过载或产生高温，从而使零部件变形，直至因变形过大而使零件失效。
(4)修理质量在设备修理过程中，如果不考虑被修零件已经变形，常常会造成零件更大的变形或增加变形的危害。例如用机械方法修复零件，制定修复工艺、确定定位基准和安装夹紧零件时，不考虑零件原来变形的情况，或修理操作不当，均会引起零件形位误差加大。特别是采用焊接、热处理、塑形变形等修复工艺方法修复工具时，没有考虑热应力、相变应力的作用，压力加工没有考虑弹性后效（应变逐渐恢复而落后于应力的现象），以及内应力松懈等，都将会产生应力和变形。

3. 谁知道钢材焊缝位置的疲劳应力与母材的疲劳应力有多大的区别

静载强度对焊接结构疲劳强度的影响

在钢铁材料的研究中，人们总是希望材料具有较高的比强度，即以较轻的自身重量去承担较大的负载重量，因为相同重量的结构可以具有极大的承载能力；或是同样的承载能力可以减轻自身的重量。所以高强钢应运而生，也具有较高的疲劳强度，基本金属的疲劳强度总是随着静载强度的增加而提高。

但是对于焊接结构来说，情况就不一样了，因为焊接接头的疲劳强度与母材静强度、焊缝金属静强度、热影响区的组织性能以及焊缝金属强度匹配没有多大的关系，也就是说只要焊接接头的细节一样，高强钢和低碳钢的疲劳强度是一样的，具有同样的S-N曲线，这个规律适合对接接头、角接接头和焊接梁等各种接头型式。Maddox研究了屈服点在386—636MPa之间的碳锰钢和用6种焊条施焊的焊缝金属和热影响区的疲劳裂纹扩展情况，结果表明：材料的力学性能对裂纹扩展速率有一定影响，但影响并不大。在设计承受交变载荷的焊接结构时，试图通过选用较高强度的钢种来满足工程需要是没有意义的。只有在应力比大于+0.5的情况下，静强度条件起主要作用时，焊接接头母材才应采用高强钢。

造成上述结果的原因是由于在接头焊趾部位沿溶合线存在有类似咬边的熔渣楔块缺陷，其厚度在0.075mm-0.5mm，尖端半经小于0.015mm。该尖锐缺陷是疲劳裂纹开始的地方，相当于疲劳裂纹形成阶段，因而接头在一定应力幅值下的疲劳寿命，主要由疲劳裂纹的扩展阶段决定。这些缺陷的出现使得所有钢材的相同类型焊接接头具有同样的疲劳强度，而与母材及焊接材料的静强度关系不大。
接头类型的影响

焊接接头的形式主要有：对接接头、十字接头、T形接头和搭接接头，在接头部位由于传力线受到干扰，因而发生应力集中现象。

对接接头的力线干扰较小，因而应力集中系数较小，其疲劳强度也将高于其他接头形式。但实验表明，对接接头的疲劳强度在很大范围内变化，这是因为有一系列因素影响对接接头的疲劳性能的缘故。如试样的尺寸、坡口形式、焊接方法、焊条类型、焊接位置、焊缝形状、焊后的焊缝加工、焊后的热处理等均会对其发生影响。具有永久型垫板的对接接头由于垫板处形成严重的应力集中，降低了接头的疲劳强度。这种接头的疲劳裂纹均从焊缝和垫板的接合处产生，而并不是在焊趾处产生，其疲劳强度—般与不带垫板的最不佳外形的对接接头的疲劳强度相等。

十字接头或T形接头在焊接结构中得到了广泛的应用。在这种承力接头中，由于在焊缝向基本金属过渡处具有明显的截面变化，其应力集中系数要比对接接头的应力集中系数高，因此十字或T形接头的疲劳强度要低于对接接头。对未开坡口的用角焊缝连接的接头和局部熔透焊缝的开坡口接头，当焊缝传递工作应力时，其疲劳断裂可能发生在两个薄弱环节上，即基本金属与焊缝趾端交界处或焊缝上。对于开坡口焊透的的十字接头，断裂一般只发生在焊趾处，而不是在焊缝处。焊缝不承受工作应力的T形和十字接头的疲劳强度主要取决于焊缝与主要受力板交界处的应力集中，T形接头具有较高的疲劳强度，而十字接头的疲劳强度较低。提高T形或十字接头疲劳强度的根本措施是开坡口焊接，并加工焊缝过渡处使之圆滑过渡，通过这种改进措施，疲劳强度可有较大幅度的提高。

搭接接头的疲劳强度是很低的，这是由于力线受到了严重的扭曲。采用所谓“加强”盖板的对接接头是极不合理的，由于加大了应力集中影响，采用盖板后，原来疲劳强度较高的对接接头被大大地削弱了。对于承力盖板接头，疲劳裂纹可发生在母材，也可发生在焊缝，另外改变盖板的宽度或焊缝的长度，也会改变应力在基本金属中的分布，因此将要影响接头的疲劳强度，即随着焊缝长度与盖板宽度比率的增加，接头的疲劳强度增加，这是因为应力在基本金属中分布趋于均匀所致。

2.2.2 焊缝形状的影响

无论是何种接头形式，它们都是由两种焊缝连接的，对接焊缝和角焊缝。焊缝形状不同，其应力集中系数也不相同，从而疲劳强度具有较大的分散性。

对接焊缝的形状对于接头的疲劳强度影响最大。

(1) 过渡角的影响 Yamaguchi等人建立了疲劳强度和基本金属与焊缝金属之间过渡角(外钝角)的关系。试验中W(焊缝宽度)和h(高度)变化，但h/W比值保持不变。这意味着夹角保持不变，试验结果表明，疲劳强度也保持不变。但如果W保持不变，变化参量h，则发现h增加，接头疲劳强度降低，这显然是外夹角降低的结果。

(2) 焊缝过渡半径的影响Sander等人的研究结果表明焊缝过渡半径同样对接头疲劳强度具有重要影响，即过渡半径增加(过渡角保持不变)，疲劳强度增加。

角焊缝的形状对于接头的疲劳强度也有较大的影响。

当单个焊缝的计算厚度a与板厚B之比a/B<0.6～0.7时，一般断裂于焊缝；当a/B>0.7时，一般断于基本金属。但是增加焊缝尺寸对提高疲劳强度仅仅在一定范围内有效。因为焊缝尺寸的增加并不能改变另一薄弱截面即焊趾端处基本金属的强度，故充其量亦不能超过该处的疲劳强度。Soete，Van Crombrugge采用15mm厚板用不同的角焊缝施焊，在轴向疲劳载荷下的试验发现，焊缝的焊脚为13mm时，断裂发生在焊趾处基本金属或焊缝中。当焊缝的焊脚小于此值时，疲劳断裂发生在焊缝上；当焊脚尺寸为18mm时断裂发生在基本金属中。据此他们提出极限焊脚尺寸：S=0.85B 式中S为焊脚尺寸，B为板厚。可见纵使焊脚尺寸达到板厚时(15mm)，仍可得焊缝处的断裂结果，这一结果与理论结果符合得很好。

2.2.3 焊接缺陷的影响

焊趾部位存在有大量不同类型的缺陷，这些不同类型的缺陷导致疲劳裂纹早期开裂和使母材的疲劳强度急剧下降（下降到80%）。焊接缺陷大体上可分作两类：面状缺陷(如裂纹、未熔合等)和体积型缺陷（气孔、夹渣等），它们的影响程度是不问的，同时焊接缺陷对接头疲劳强度的影响与缺陷的种类、方向和位置有关。

1)裂纹 焊接中的裂纹，如冷、热裂纹，除伴有具有脆性的组织结构外，是严重的应力集中源，它可大幅度降低结构或接头的疲劳强度。早期的研究己表明，在宽60mm、厚12.7mm的低碳钢对接接头试样中，在焊缝中具有长25mm、深5.2mm的裂纹时(它们约占试样横截面积的10%)，在交变载荷条件下，其2×106循环寿命的疲劳强度大约降低了55%~65%。

2)未焊透 应当说明，不一定把未焊透均认为是缺陷，因为有时人为地要求某些接头为周部焊透，典型的例子是某些压力容器接管的设计。未焊透缺陷有时为表面缺陷（单面焊缝），有时为内部缺陷(双面焊缝)，它可以是局部性质的，也可以是整体性质的．其主要影响足削弱截面积和引起应力集中。以削弱面积10%时的疲劳寿命与未含有该类缺陷的试验结果相比，其疲劳强度降低了25%，这意味着其影响不如裂纹严重。

3)未熔合 由于试样难以制备，至今有关研究极其稀少．但是无可置疑，未熔合属于平面缺陷，因而不容忽视，一般将其和未焊透等同对待。

4)咬边表征咬边的主要参量有咬边长度L、咬边深度h、咬边宽度W。影响疲劳强度的主要参量是咬边深度h，目前可用深度h或深度与板厚比值(h/B)作为参量评定接头疲劳强度。

5)气孔 为体积缺陷，Harrison对前人的有关试验结果进行了分析总结， 疲劳强度下降主要是由于气孔减少了截面积尺寸造成，它们之间有一定的线性关系。但是一些研究表明，当采用机加工方法加工试样表面，使气孔处于表面上时，或刚好位于表面下方时，气孔的不利影响加大，它将作为应力集中源起作用，而成为疲劳裂纹的起裂点。这说明气孔的位置比其尺寸对接头疲劳强度影响更大，表面或表层下气孔具有最不利影响。

6)夹渣IIW的有关研究报告指明：作为体积型缺陷，夹渣比气孔对接头疲劳强度影响要大。

通过上述介绍可见焊接缺陷对接头疲劳强度的影响，不但与缺陷尺寸有关，而旦还决定于许多其他因素，如表面缺陷比内部缺陷影响大，与作用力方向垂直的面状缺陷的影响比其它方向的大；位于残余拉应力区内的缺陷的影响比在残余压应力区的大；位于应力集中区的缺陷(如焊缝趾部裂纹)比在均匀应力场中同样缺陷影响大。

4. 焊缝夹丝缺陷的危害

焊缝家私缺陷的危害就是承载力不足，有可能造成结构上的安全隐患

5. 正面角焊缝与侧面角焊缝相比，具有什么特点

正面角焊缝来与侧面角焊源缝相比，具有高强度的特点。

正面角焊缝（外力垂直焊缝作用）受力复杂截面中各面均存在正应力和剪应力。由于传力时力线弯折并且焊缝处正好是两焊件接触面的端部，相当于裂缝的尖端，故焊根处存在严重的应力集中。故正面角焊缝的刚度大强度较高塑性变形差。

侧面角焊缝（外力平行焊缝作用）主要承受剪应力塑性较好弹性模量低强度较低。

(5)焊缝存在应力有什么危害扩展阅读：

侧面角焊缝在弹性工作阶段沿长度方向受力不均，两端大而中间小。焊缝长度越长，应力集中系数越大。如果焊缝长度不是太大，焊缝两端达到屈服强度后，继续加载，应力会渐趋均匀；当焊缝长度达到一定的长度后，可能破坏首先发生在焊缝两端，故：Lw≤60hf。

注意：

1、当实际长度大于以上值时，计算时不予考虑；

2、当内力沿侧焊缝全长分布时，不受上式限制。

对于焊脚尺寸大而长度小的焊缝，焊件局部加热严重且起落弧坑相距太近，以及可能产生缺陷，使焊缝不可靠。故为了使焊缝具有一定的承载力，规范规定：Lw≥8hf，且不得小于40mm。

6. 焊缝区产生三向同号应力中的三向同号是什么意思

指某处在三个方向上（X、Y、Z轴）同时存在拉应力或压应力

7. 简述焊接残余应力对结构性能的影响。详细一些，谢谢

焊接残余应力对结构性能的影响主要有以下三点：

1、对结构或构件的影响

焊接残余应力是构件还未承受荷载而早已存在构件截面上的初应力，在构件服役过程中，和其他所受荷载引起的工作应力相互叠加，使其产生二次变形和残余应力的重新分布，不但会降低结构的刚度和稳定性而且在温度和介质的共同作用下，还会严重影响结构的疲劳强度、抗脆断能力、抵抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂的能力。

2、对结构刚度的影响

当外载产生的应力δ与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点fy时，这一区:域的材料就会产生局部塑性变形，丧失了进一步承受外载的能力，造成结构的有效截而积减小，结构的刚度也随之降低。结构上有纵向和横向焊缝时（例如工字梁上的肋板焊缝），或经过火焰校正，都可能在较大的截面上产生残余拉伸应力，虽然在构件长度上的分布范围并不太大，但是它们对刚度仍然能有较大的影响。

3、对静载强度的影响

如果材料是脆性材料，由于材料不能进行塑性变形，随着外力的增加，构件中不可能应力均匀化。应力峰值将不断增加，直至达到材料的屈服极限，发生局部破坏，最后导致整个构件断裂。脆性材料残余应力的存在，会使承载能力下降，导致断裂。对于塑性材料，在低温环境下存在三向拉伸残余应力的作用，会阻碍塑性变形的产生，从而也会大大降低构件的承载能力。

(7)焊缝存在应力有什么危害扩展阅读：

焊接残余应力消除方法：

1、利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力

焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。

2、利用振动法来消除焊接残余应力

构件承受变载荷应力达到一定数值，经过多次循环加载后，结构中的残余应力逐渐降低，即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。一种大型焊件使用振动器消除应力的装置。

3、利用高温回火来消除焊接残余应力

由于构件残余应力的最大值通常可达到该种材料的屈服点，而金属在高温下屈服点将降低。所以将构件的温度升高至某一定数值时，应力的最大值也应该减少到该温度下的屈服点数值。如果要完全消除结构中的残余应力，则必须将构件加热到其屈服点等于零的温度，所以一般所取的回火温度接近于这个温度。

8. 焊接应力产生的原因

对所有熔化式焊接，在焊缝及其热影响区都存在较大的残余应力，残余应力的存在会导致焊接构件的变形、开裂并降低其承载力；同时，在焊缝的焊趾部位还存在凹坑、余高、咬边造成的应力集中；而焊趾出的熔渣缺陷、微裂纹又形成了裂纹的提前萌生源。由于受残余拉应力、应力集中和裂纹萌生源的影响，焊接接头的疲劳寿命大大降低。

残余应力都集中在焊缝附近，当焊接残余应力与承载的工作应力叠加，其数值超过材料的屈服极限时，工件就会再焊缝附近产生焊接变形，断裂等现象。研究残余应力的影响不仅考虑其数值的大小，而残余应力的方向也是重要因素，用盲孔法残余应力检测仪可以对焊接残余应力值的大小和方向进行测量。

在分析残余应力的影响时，即使焊接构件的残余应力值远远低于其材料的屈服极限，但如果存在严重的应力集中，那么焊接构件在其运输和使用过程中也会因残余应力的释放而发生永久性的塑性变形。

(8)焊缝存在应力有什么危害扩展阅读：

焊接变形的大小与焊缝的尺寸、数量和布置有关。首先从设计上合理地确定焊缝的数量、坡口的形状和尺寸，并恰当地安排焊缝的位置，对于减少变形十分重要。

在工艺上采用高能量密度的焊接方法和小线能量的工艺参量，例如多层焊对减少焊缝的纵、横向收缩以及由此引起的挠曲和失稳变形是有利的。但多层焊对角变形不利。采用合理的装配、焊接顺序、反变形和刚性固定可以减少焊接变形。