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焊接過程中，焊接接頭區(qū)域受到不均勻的加熱和冷卻作用，而周圍的母材金屬則對焊接接頭產(chǎn)生一定的剛性約束。焊接加熱時，焊接接頭區(qū)域不能自由的膨脹，焊后冷卻過程中又不能自由收縮， 必然會產(chǎn)生焊接應力和焊接變形。當焊接加熱時， 焊縫和附近區(qū)將產(chǎn)生壓應力，而遠離焊縫兩側(cè)會產(chǎn)生拉應力。當焊后冷卻時， 焊縫和附近區(qū)將產(chǎn)生拉應力，遠離焊縫兩側(cè)會產(chǎn)生壓應力，圖1 為熔合線附近區(qū)域材料熱循環(huán)過程圖。由于局部加熱和隨后的迅速冷卻還將導致焊接接頭處金相組織發(fā)生變化，產(chǎn)生相變應力，所以焊接殘余應力為熱應力( 主要為冷卻應力)和相變應力的疊加。
焊接殘余應力是構(gòu)件未受荷載時的應力，因而是自相平衡的內(nèi)應力體系，即在任何截面上殘余應力均有拉又有壓，內(nèi)力和內(nèi)力矩平衡。在熔合線附近產(chǎn)生并殘留較大拉應力，而在焊接線以外的部分產(chǎn)生并殘留與之相平衡的壓應力。拉應力在多數(shù)情況下將達到材料的屈服點， 導致焊接變形。壓應力的峰值往往低于拉應力，同時在垂直于焊接線的方向上產(chǎn)生沿板厚方向變化的殘余應力。該殘余應力值在無拘束的場合比較小，但當垂直于焊接線方向上的收縮被拘束時，該值則增大，如果拘束很大就會在整個截面產(chǎn)生殘余拉應力。
殘余應力對結(jié)構(gòu)的脆性破壞、疲勞破壞、抗彎強度和應力腐蝕裂紋都有很大的影響。在焊接過程中由于應力分布的不平衡。將導致構(gòu)件產(chǎn)生焊接變形在焊縫區(qū)、熔合線、過熱區(qū)將形成晶粒粗大的樹枝狀組織和粗大魏氏組織。導致焊接材料產(chǎn)生硬化、脆化現(xiàn)象。使焊接結(jié)構(gòu)在以后的延時或服役中產(chǎn)生嚴重的斷裂破壞現(xiàn)象。
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