反应器筒体焊缝焊接残余应力有限元分析和试验研究文献综述

 2021-10-13 08:10

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文献综述

1.1焊接残余应力的概念

焊接构件由焊接而产生的内应力称之为焊接应力,按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力[1]。焊接过程中,某一瞬时的焊接应力称之为焊接瞬时应力,它随时间而变化;焊后残留在焊件内的焊接应力称之为焊接残余应力。焊接残余应力为热应力(主要为冷却应力),相变应力可再叠加其上[2]。在冷焊、扩散焊、滚轧敷层和爆炸敷层等情况下,冷加工作用力是残余应力的源泉,它可单独作用,也可能附加于上述热效应之上。

在焊接过程中,焊接区以远高于周围区域的速度被急剧加热,并局部熔化[3-5]。焊接区材料受热而膨胀,热膨胀受到周围较冷区域的约束,并造成(弹性)热应力,受热区温度升高后屈服极限下降,热应力可部分超过该屈服极限。结果焊接区形成了塑性的热压缩,冷却后,比周围区域相对缩短、变窄或减小。因此,这个区域就呈现拉伸残余应力,周围区域则承受压缩残余应力[6,7]。冷却过程中的显微组织转变会引起体积的变化,如果这种情况发生在较低的温度,而此时材料的屈服极限足够高,则会导致焊接区产生压缩残余应力,周围区域承受拉伸残余应力。

1.2焊接残余应力产生的原因[8-10]

焊接残余应力产生的主要原因是由焊接过程中不均匀加热所引起的。焊接应力按其发生源来区分,有如下3种情况:

(1)直接应力这是进行不均匀加热和冷却的结果,它取决于加热和冷却时的温度梯度,是形成焊接残余应力的主要原因。

(2)间接应力这是由焊前加工状况所造成的压力。构件若经历过轧制或拉拔时,都会使之具有此类残余应力。这种残余应力在某种场合下会叠加到焊接残余应力上去,而在焊后的变形过程中,往往也具有附加性的影响。另外,焊件受外界约束产生的附加应力也属于此类应力。

(3)组织应力这是由组织变化而产生的应力,也就是相交造成的比容变化而产生的应力。它虽然因含碳量和材料其它成分不同而有异,但一般情况下,这种影响必须要加以考虑的是,发生相变的温度和平均冷却速度。

1.3焊接残余应力对焊接结构的影响[11-14]

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