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焊接过程的关键通常是使构件局部加热熔化,随后是连续地冷却。由于焊接等局部加热及材料本身受到的约束作用,材料在温度较高时发生了塑性变形或相变,在冷却后被保留了下来,在构件内部形成了一个自相平衡的内应力场,即残余应力场。残余应力的峰值往往达到甚至超过母料的屈服强度,当这些焊接构件投入工程使用中时,它们所受荷载引起的工作应力与其内部的焊接残余应力相互叠加,将导致焊接构件产生二次变形和焊应力重分布,从而降低焊接构件的刚度和稳定性。工程应用中也不乏这种将型钢直接焊接成钢梁或钢架的构件。
焊接过程是一个不均匀的加热过程。在施焊时,焊件上产生不均匀分布温度场,不均匀的温度场会产生不均匀的温度膨胀。温度较高处的钢材的膨胀较大,由于两侧温度较低,受到膨胀较小的钢材的限制,产生了热状态塑性压缩。焊缝冷却时,被塑性压缩的焊缝区趋向于缩的比原始长度稍短,这种缩短变形受到两侧钢材的限制,使焊缝区产生纵向拉应力。焊接残余应力是一种无外荷载作用下的内应力,因此会在焊件内部自相平衡,这就必然在距焊缝稍远区段内产生压应力。此外,由于焊缝纵向收缩,两块10号槽钢趋向于形成反方向的弯曲变形,但实际上焊缝将两块槽钢连成整体不能分开,于是在焊缝中部产生横向拉应力,而在两端产生横向压应力。其次焊缝在施焊过程中,由于先后冷却的时间不同,先焊的焊缝已经凝固,且具有一定的强度,会阻止后焊焊缝再横向的自由膨胀,使其发生横向的压缩变形。当焊缝冷却时,后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力,同时在先焊部分的焊缝内产生横向压应力。
20世纪60年代后,焊接技术广泛应用于钢桥等大型钢结构中。随着日益加重的交通运输,许多焊接钢桥出现了疲劳裂纹,于是对这些钢桥疲劳寿命的预测将尤为重要。对于含有缺陷或裂纹的焊接结构,主要研究裂纹扩展寿命,大多采用Paris裂纹扩展公式da/dN=C(△K)m对裂纹扩展寿命展开研究。
焊接钢构件的概率疲劳寿命曲线和概率裂纹扩展速率曲线是进行钢结构疲劳可靠性设计和服役期间剩余疲劳寿命可靠性评估所必须的。
大尺寸焊接钢梁的疲劳寿命服从对数正态分布。在裂纹扩展速率表达式中的参数m为定值时,通过裂纹扩展寿命基本公式计算得到的参数C也服从对数正态分布。应用概率断裂力学方法对焊接钢梁在给定可靠度下的疲劳寿命进行预测,得出含有缺陷或裂纹大尺寸构件的疲劳寿命主要是裂纹的扩展寿命。由于钢种对寿命的影响很小,所得结果对于我国钢桥的剩余疲劳寿命可靠性评估有重要的参照价值。
焊接是一个将焊件局部快速加热到高温,并随后快速冷却的过程。随着热源的移动,整个焊件的温度随着时间和空间剧烈变化,材料的热物理性能也随着温度急剧变化,同时还存在熔化和相变时的潜热现象。因此,焊接温度场分析属于典型的非线性瞬态热传导问题。
控制变形及减小消除焊接应力的方法 一、控制焊接变形的方法 1、设计措施 (1)选择合理的焊缝尺寸: 焊缝尺寸增加,变形随之增大,但是过小的焊缝尺寸将降低结构的承载能力,并使焊接接头的冷却速度加快,热影...
焊件焊后的热应力超过弹性极限,以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。焊接温度场消失后的应力称为残余焊接应力焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
焊接应力分为焊接瞬时应力和焊接残余应力,焊接瞬时应力足够大时会导致焊接过程中的变形这也就是为什么焊接时采用工装固定还有合理的焊接工艺的原因;焊接残余应力是熔池金属冷却凝固以及热响应区金属冷却产生的应力...
冷弯方钢管焊接纵向残余应力分析
为了解冷弯方管的焊接纵向残余应力分布,应用较贴近实际情况的双椭球热源模型,对冷弯方钢管的焊接过程进行数值模拟,通过与实测数据进行对比来验证数值模拟的可行性,并对比不同边长、壁厚,以及热输入条件下的焊接纵向残余应力分布,得出:当其他条件不变时,不同边长方管的焊接纵向残余应力,在焊缝及邻近焊缝部位的分布差距不大,而在距焊缝较远的部位,大边长方管的焊接纵向残余应力要明显大于小边长方管;较薄管壁与较高热能输入的方管更易被焊透,纵向残余应力值更高,分布也更均匀。
双槽钢焊接矩形管的焊接残余应力分析研究
双槽钢焊接矩形管已广泛应用于工程实际,该类构件焊接残余应力水平将直接影响工程结构的可靠度水平。本研究利用有限元法对双槽钢焊接矩形管焊接温度场进行模拟分析,在获得的温度场基础上对其由于约束所产生的焊接残余应力的大小及分布情况进行了研究。研究结果表明,不同截面尺寸、不同长度、不同焊接顺序以及不同约束条件等参数对焊接残余应力的大小和分布有较大的影响。
焊接钢梁的疲劳抗力-有加劲肋.有焊连板者,ISBN:9787564319861,作者:钱冬生
用热轧成型的工字钢或槽钢等制成(见热轧型钢),檩条等轻型梁还可以采用冷弯成型的Z型钢和槽钢(见冷弯型钢)。型钢梁加工简单、造价较廉,但型钢截面尺寸受到一定规格的限制。当荷载和跨度较大,采用型钢截面不能满足强度、刚度或稳定要求时,则采用组合梁。
由钢板或型钢焊接或铆接而成。由于铆接费工费料,常以焊接为主。常用的焊接组合梁为由上、下翼缘板和腹板组成的工形截面和箱形截面,后者较费料,且制作工序较繁杂,但具有较大的抗弯刚度和抗扭刚度,适用于有侧向荷载和抗扭要求较高或梁高受到限制等情况。
图2是一种特殊型式的组合梁,由轧制工字钢经火焰切割后再错位焊接,焊接后梁高大于原工字钢(增加六角形孔高的一半),从而提高了梁的承载能力和抗弯刚度;由于腹板上有形似蜂窝的六角形孔,故名蜂窝梁。
本报告出自NCHRP第12-7号项目的第二阶段,目的是为钢梁桥的疲劳行为提供可靠信息。为确定有加劲肋和有附连件的各细节的疲劳抗力,共制造了大约157根试件梁,并对其进行了试验。(注:在这157根梁中,有单纯轧制梁29根。又:附连件是attachments的一种译名,也可译为焊连板、焊连件,在本书这些译名均通用。)