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材料硬化模型对厚壁筒体焊接残余应力的影响文献综述

来源:毕业论文网2020-08-05 10:08

1.1 研究背景和意义 焊接是一种主要的材料连接方法,广泛应用于造船、航天航空、核电、汽车等制造领域。但是由于焊接是局部快速加热并冷却的过程,焊缝及其热影响区不可避免地产生焊接残余应力和变形。焊接残余应力和变形不仅影响结构的承载能力、尺寸稳定性,而且还降低结构的疲劳性能、抗应力腐蚀性能等。因此准确地评估残余应力对焊接结构的完整具有及其重要的作用。 1.2 焊接残余应力的产生与影响 1.2.1 焊接残余应力的产生 1) 焊件的不均匀受热。对构件进行不均匀加热,在加热过程中只要温度高于材料屈服点的温度构件就会产生压缩塑性变形,冷却后,构件必然有残余应力。冷却时压缩塑性变形区主要收缩,如果这种收缩能够充分进行,则焊接残余变形大,焊接残余应力小;若这种收缩不能充分进行,则焊接残余变形小而焊接残余应力大。(2) 焊缝金属的收缩。当焊缝金属冷却、由液态转为固态时,其体积要收缩。由于焊缝金属于母材是紧密联系的,因此,焊缝金属并不能自由收缩。这将引起整个焊件的变形,同时在焊缝中引起残余应力。另外,一条焊缝是逐步形成的,焊缝中先结晶的部分要阻止后结晶部分的收缩,由此也会产生焊接应力。 2) 焊件的刚性与拘束。焊件的刚性与拘束对焊接应力和变形也有较大的影响。刚性是指焊件抵抗变形的能力;而拘束是一种外部条件。焊件自身的刚性及受周围拘束程度越大,焊接变形越小,焊接应力也越大;反之,焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小,则焊接变形越大,而焊接应力越小。 3) 此外,钢在加热及冷却过程中发生相变可得到不同的组织,这些组织的体积不一样,由此也会造成焊接应力与变形。 1.2.2 焊接残余应力的危害 1) 对焊接结构强度的影响。没有严重应力集中的焊接结构,只要材料具有一定的塑性变形能力,焊接内应力并不影响结构的静载强度。但是,当材料处于脆性状态时,拉伸内应力和外载引起的拉应力叠加就有可能使局部区域的应力首先达到断裂程度,导致结构早期破坏。曾有许多低碳钢和低合金钢的焊接结构发生低应力脆断事故,经大量试验研究表明:在工作温度低于材料脆性临界温度的条件下,拉伸内应力和严重应力集中的共同作用,将降低结构的静载强度、使之在远低于屈服点的外应力作用下就发生脆性断裂。因此,残余应力的存在将明显降低脆性材料结构的静载强度。 2) 对构件加工尺寸精度的影响。焊件上的内应力在机械加工时,因一部分金属从焊件上被切除而破坏了它原来的平衡状态,于是内应力重新分布以达到新的平衡,同时产生了变形,使加工精度受到影响。为了保证加工精度,应对焊件先进行消除应力处理,再进行机械加工;也可以采用多次分步加工的办法来释放焊件中的残余应力和变形。 1.2.3 焊接残余应力的评价方法 1) 盲孔法。盲孔法是通过在焊接接头处钻削成孔来获得小孔周围的应变释放量,根据该应变计算焊接残余应力。 2) 切块法。切块法是从焊接接头处切下一定尺寸的试样块,然后测量该试样块所释放的应变,计算焊接残余应力。 3) 切环法。
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