焊接結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)第一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日1緒論

隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，焊接技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著極其重要的作用。焊接時(shí)，由于高度集中的瞬時(shí)熱輸入，構(gòu)件焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接殘余應(yīng)力和變形，這將對(duì)焊接接頭的各種力學(xué)性能產(chǎn)生不同程度的影響。因此，對(duì)焊接殘余應(yīng)力的測(cè)試，對(duì)焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律的研究具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。第二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日1.1焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響1、對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響2、對(duì)結(jié)構(gòu)加工尺寸的影響3、對(duì)壓桿穩(wěn)定性的影響4、對(duì)應(yīng)力腐蝕的影響第三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日1.2調(diào)整和減小焊接殘余應(yīng)力的方法（1）焊前減小焊接殘余應(yīng)力和改善殘余應(yīng)力的分布可以從兩個(gè)方面來解決：設(shè)計(jì)上：盡量減小焊縫的截面尺寸、將焊縫盡量布置在最大工作應(yīng)力區(qū)之外、盡量防止焊縫密集和焊縫交叉、局部降低剛度、采用合理的接頭形式。工藝上：合理的選擇裝配焊接順序、局部加熱法減小應(yīng)力、錘擊法減小焊接殘余應(yīng)力等。（2）焊后焊接殘余應(yīng)力調(diào)整和松弛的方法主要分熱處理法和加載法兩類。加載法又分為拉伸法、溫差拉伸法和振動(dòng)法三種。第四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日1.3焊接殘余應(yīng)力測(cè)試的主要方法按結(jié)構(gòu)是否破壞分為：也可分為第五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D1-1表示一塊鉆有小孔的鋼板，在鋼板的應(yīng)力場(chǎng)中鉆出一個(gè)小孔后，應(yīng)力場(chǎng)原來的平衡狀態(tài)將受到破壞，使小孔周圍的應(yīng)力分布發(fā)生改變，應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生新的平衡。若測(cè)得鉆孔前、后小孔附近應(yīng)變量的差值，就可以根據(jù)彈性力學(xué)理論推算出小孔處的內(nèi)應(yīng)力。為了測(cè)得這種應(yīng)變量的變化，在離小孔中心一定部位處貼上應(yīng)變片，且各應(yīng)變片間保持一定角度（圖1-1）。分別測(cè)出鉆孔前、后各應(yīng)變片的應(yīng)變值。便可按下式算出主應(yīng)力的大小和方向。1.4小孔法測(cè)量焊接殘余應(yīng)力的基本原理第六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日式中σ1、σ2主應(yīng)力；εA、εB、εC分別為電阻應(yīng)變片A、B及C的應(yīng)變量差值；Φ主應(yīng)力與第一個(gè)應(yīng)變片軸線的夾角；R為孔半徑；r1、r2應(yīng)變片兩端與孔中心的距離；E、μ彈性模量、泊松比。第七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2小孔法測(cè)量焊接殘余應(yīng)力

實(shí)驗(yàn)第八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日縱向殘余應(yīng)力σXσX：指應(yīng)力作用方向與焊縫平行的殘余應(yīng)力。σX在整條焊縫上的分布：第九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日橫向殘余應(yīng)力橫向殘余應(yīng)力：垂直于焊縫的應(yīng)力。第十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）試樣：普通低碳鋼，見圖2-1。2.2實(shí)驗(yàn)過程打磨平焊縫并貼好應(yīng)變片的鋼板第十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日（2）焊接設(shè)備及測(cè)量設(shè)備埋弧焊機(jī)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀第十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日（3）其他設(shè)備除用到以上設(shè)備外，另外還用到型號(hào)為Z4116的臺(tái)式鉆床、鐵紗布、丙酮、膠水、絕緣膠帶、導(dǎo)線、焊錫工具、直徑為3mm的鉆頭、美工刀等。

第十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2.2實(shí)驗(yàn)過程（1）工件的預(yù)處理埋弧焊焊接的方法在樣板上堆焊，用砂輪將表面磨平，用砂紙打磨表面粗糙度達(dá)Ra1.6。（2）應(yīng)變片粘貼應(yīng)變花粘貼面用棉花球蘸少許丙酮輕輕擦洗，以保證粘貼面無油污，并嚴(yán)禁與手指接觸。在應(yīng)變花粘貼面上滴上一小滴膠液，薄薄一層，以1號(hào)應(yīng)變片對(duì)準(zhǔn)參考軸，放置在工件表面，應(yīng)變花上面覆蓋一張薄膜，用手指滾壓1~2分鐘。接線端子的連接。（3）焊接導(dǎo)線并連線。（4）鉆孔并測(cè)量應(yīng)變值（深度不同測(cè)3應(yīng)變值）。2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備（5）測(cè)量結(jié)果第十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日（5）測(cè)量結(jié)果分別對(duì)兩組測(cè)量點(diǎn)以及焊縫上的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記錄測(cè)量結(jié)果。第1組測(cè)量點(diǎn)第2組測(cè)量點(diǎn)焊縫1.與焊縫垂直方向上的殘余應(yīng)力分布2.與焊縫平行方向上測(cè)量點(diǎn)焊接殘余應(yīng)力第十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日測(cè)點(diǎn)孔徑/mmεA/μεεB/μεεC/με測(cè)量點(diǎn)132448576測(cè)量點(diǎn)23-14102133測(cè)量點(diǎn)3362163213測(cè)量點(diǎn)432190211測(cè)量點(diǎn)53293228-7測(cè)量點(diǎn)63-8870233測(cè)量點(diǎn)73-441569測(cè)量點(diǎn)83-35143341測(cè)點(diǎn)孔徑/mmεA/μεεB/μεεC/με測(cè)量點(diǎn)1.13327210-133測(cè)量點(diǎn)2.13426526測(cè)量點(diǎn)3.13-5978110測(cè)量點(diǎn)4.13975616測(cè)量點(diǎn)5.131507225各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的三個(gè)方向上的應(yīng)變測(cè)量值：第十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2.3測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析對(duì)x和y兩個(gè)方向分別進(jìn)行分析：

與焊縫平行（x方向）和與焊縫垂直（y方向）分別進(jìn)行縱向殘余應(yīng)力和橫向殘余應(yīng)力分析。第十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)材料力學(xué)推導(dǎo)出的公式：橫向殘余應(yīng)力:==

縱向殘余應(yīng)力:第十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日計(jì)算求得縱向殘余應(yīng)力σx和橫向殘余應(yīng)力σy的值見下表：測(cè)量點(diǎn)σx/MPaσy/MPa測(cè)量點(diǎn)16034測(cè)量點(diǎn)25.929測(cè)量點(diǎn)32852測(cè)量點(diǎn)41949測(cè)量點(diǎn)5661.8第1組測(cè)量點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)σx/MPaσy/MPa測(cè)量點(diǎn)1.165-7.9測(cè)量點(diǎn)2.1118.7測(cè)量點(diǎn)3.1-5.621測(cè)量點(diǎn)4.12310測(cè)量點(diǎn)5.13616第2組測(cè)量點(diǎn)2.3.1與焊縫垂直方向上的殘余應(yīng)力分布（5）測(cè)量結(jié)果第1組測(cè)量點(diǎn)第2組測(cè)量點(diǎn)焊縫第十九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日縱向殘余應(yīng)力σx分布σx理論分布曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)得σx分布曲線距離/mm距離/mm第二十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日橫向殘余應(yīng)力σy分布距離/mmσy/Mpa◆點(diǎn)1σy/Mpa點(diǎn)5.1◆◆點(diǎn)5.1距離/mmσy實(shí)驗(yàn)曲線σy理論曲線焊縫σy第二十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2.3.2與焊縫平行方向上測(cè)量點(diǎn)焊接殘余應(yīng)力分布與焊縫平行的點(diǎn)的縱向殘余應(yīng)力σx和橫向殘余應(yīng)力σy的計(jì)算值：測(cè)量點(diǎn)σx/MPaσy/MPa測(cè)量點(diǎn)32852測(cè)量點(diǎn)3.1-5.621測(cè)量點(diǎn)6-4.147測(cè)量點(diǎn)7-9.3-0.95測(cè)量點(diǎn)815.275（5）測(cè)量結(jié)果第二十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日縱向殘余應(yīng)力σx分布理論曲線距離/mm實(shí)驗(yàn)測(cè)得的σx分布曲線第1組測(cè)量點(diǎn)第2組測(cè)量點(diǎn)焊縫第二十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日理論曲線橫向殘余應(yīng)力σy分布（a）短焊縫（b）中焊縫（c）長(zhǎng)焊縫實(shí)驗(yàn)測(cè)得的σy分布曲線σy/Mpa距離mm第1組測(cè)量點(diǎn)第2組測(cè)量點(diǎn)焊縫第二十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2.4應(yīng)力釋放過程

為了研究鉆孔過程中焊縫中殘余應(yīng)力的釋放過程，特測(cè)量在不同鉆孔深度時(shí)的應(yīng)變值，結(jié)果見下表：測(cè)量點(diǎn)ε1/μεε2/μεε3/με測(cè)量點(diǎn)17685244測(cè)量點(diǎn)5-7228293測(cè)量點(diǎn)1.1-133210327測(cè)量點(diǎn)4.1165697測(cè)量點(diǎn)5.12572150

隨著鉆孔深度的逐漸增加，應(yīng)變值逐漸增大，在鉆孔結(jié)束時(shí)應(yīng)變達(dá)到最大值。由此可以看出，隨著鉆孔深度的增加，焊縫中的殘余應(yīng)力的釋放也是越來越大。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)研究的鋼結(jié)構(gòu)中殘余應(yīng)力變化過程具有重要意義。第二十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：

采用小孔法對(duì)焊縫縱向殘余應(yīng)力σx和橫向焊接殘余應(yīng)力σy的測(cè)定，并繪制殘余應(yīng)力的分布曲線，該曲線部分驗(yàn)證了理論上焊接應(yīng)力在鋼結(jié)構(gòu)中的分布。另外，有部分點(diǎn)的應(yīng)力值與理論值差別較大，這可能是實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的誤差或者其他因素造成的，還有待進(jìn)一步研究。第二十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日

第二十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日前言：第二十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28