焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u6802焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力仿真研究 1113161緒論 171.1引言 1284341.2焊接殘余應(yīng)力國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 252071.2.1焊接殘余應(yīng)力在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 2306031.2.2焊接殘余應(yīng)力在國(guó)外的研究現(xiàn)狀 257201.3焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢(shì) 3236491.4焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及其影響因素 4286501.5焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響 4239531.6熱源模型 5205491.7.1焊接數(shù)值模擬概念 6265911.7.2焊接數(shù)值模擬中的數(shù)值分析方法 6107201.8直縫管研究現(xiàn)狀 74131.9小結(jié) 8144892焊接模型 8211802.1銅合金的性能 866532.2焊件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9190572.4材料屬性定義 1043162.5單元類型的選擇和網(wǎng)格的劃分 10140672.6小結(jié) 1157863.1焊接熱源和焊接過程模擬 1120663.2焊接溫度場(chǎng)和邊界條件 12122423.3溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果 12316844應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果 17264415結(jié)論 301緒論1.1引言 焊接技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)許多行業(yè)發(fā)展過程中的一項(xiàng)重要工藝，它是一種通過高溫、高壓等手段使金屬或其它熱塑性材料之間進(jìn)行連接的工藝，現(xiàn)階段，我國(guó)的焊接生產(chǎn)應(yīng)用非常廣泛，如船舶、航天等。信息技術(shù)等現(xiàn)代工藝領(lǐng)域的應(yīng)用也隨著時(shí)代的發(fā)展，利用焊接技術(shù)不斷完善。焊后結(jié)構(gòu)將存在較高的焊接殘余應(yīng)力，這將直接影響工程結(jié)構(gòu)的安全可靠運(yùn)行。殘余應(yīng)力通常是有害的，在焊接過程中，殘余應(yīng)力、工作應(yīng)力疊加在一起，會(huì)直接影響焊件的疲勞強(qiáng)度和壽命，當(dāng)應(yīng)力逐漸釋放，焊件結(jié)構(gòu)將緩慢發(fā)生變形，此時(shí)結(jié)構(gòu)件尺寸的穩(wěn)定性將受到影響，殘余應(yīng)力也會(huì)加速構(gòu)件應(yīng)力的腐蝕[1]。1.2焊接殘余應(yīng)力國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1焊接殘余應(yīng)力在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀七十年代全國(guó)開始對(duì)焊接加工殘余應(yīng)力及彎曲變形,展開有效數(shù)值模擬仿真，通過陳楚教授等人的積極探索，獲得了一定的原理技術(shù)成果，并且編訂了相對(duì)應(yīng)的電腦計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序。隨著科學(xué)專業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，九十年代對(duì)殘余應(yīng)力與彎曲變形的分析研究有了更大的發(fā)展。利用大規(guī)模有限元操作應(yīng)用軟件ANSYS對(duì)焊接加工其工字型截?cái)嗝娼Y(jié)構(gòu)梁的殘余應(yīng)力展開了研究分析，最終結(jié)果說明，焊接加工過程里的殘余壓應(yīng)力分散和截?cái)嗝鏀?shù)學(xué)幾何系數(shù)，有一定的相互關(guān)系，為焊接加工了工字型截?cái)嗝娼Y(jié)構(gòu)梁的殘余應(yīng)力研究分析供應(yīng)了一類全新的模式，也就是：二零零六年，龍麗華教授等人在ANSYS有限元研究分析操作應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)上，應(yīng)用非線性關(guān)聯(lián)板殼有限元原理，應(yīng)用殼基本單元對(duì)輕型門式剛架里、薄壁結(jié)構(gòu)梁，展開了全流程的雙重非線性關(guān)聯(lián)研究分析﹐殘余應(yīng)力是型鋼結(jié)構(gòu)梁屈曲研究分析里的一個(gè)核心參數(shù)，它既能提高型鋼梁的屈曲性能，又能提高型鋼梁的延性在分析屆曲時(shí)，應(yīng)考慮殘余應(yīng)力的影響，提高殘余應(yīng)力可降低型鋼梁的極限承載能力。對(duì)工字鋼與對(duì)接焊金屬鋼板的焊接加工殘余應(yīng)力，展開了分析研究，并且研究分析了焊接加工過程里實(shí)際溫度改變，所形成的實(shí)際溫度梯度分散，包括至此形成的焊接加工殘余應(yīng)力應(yīng)變，以論證焊接加工過程里金屬鋼材因?qū)嶋H溫度改變所產(chǎn)生的熱物性改變，并且展開了有限元運(yùn)算。經(jīng)過對(duì)張其林焊接加工鋁合金構(gòu)件設(shè)施殘余應(yīng)力測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析研究﹐經(jīng)過對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息的研究分析整理，得知工字形截?cái)嗝鏄?gòu)件設(shè)施豎直方向焊接加工殘余應(yīng)力的分散基本規(guī)律，為逐漸歸納總結(jié)焊鋁合金構(gòu)件設(shè)施殘余應(yīng)力的分散基本規(guī)律，包括分析研究殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件設(shè)施承擔(dān)水平的影響作用供應(yīng)參考依據(jù)。對(duì)Q420高強(qiáng)等角鋼，2010年清華大學(xué)班慧勇等人進(jìn)行了殘余應(yīng)力試驗(yàn)研究，提出了更準(zhǔn)確、更加安全的殘余應(yīng)力分散實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c運(yùn)算方程式。1.2.2焊接殘余應(yīng)力在國(guó)外的研究現(xiàn)狀從二十世紀(jì)三十年代開始，少數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)試實(shí)驗(yàn)的測(cè)量確定與數(shù)據(jù)信息的匯總整理任務(wù)工作，開啟了對(duì)焊接加工應(yīng)力應(yīng)變的研究分析，六十年代里，經(jīng)過研究人員原理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)信息的持續(xù)累計(jì)，逐步產(chǎn)生了少數(shù)在原理上具備權(quán)威科學(xué)性的原理著作，例如梅蘭《由定常實(shí)際溫度分布場(chǎng)引發(fā)的熱應(yīng)力》、帕爾庫(kù)斯的《非定常熱應(yīng)力》等，對(duì)那個(gè)時(shí)候焊接加工應(yīng)力應(yīng)變的分析研究進(jìn)展，做了全面、深入的歸納總結(jié)。首先，從單向矛盾問題開始，應(yīng)用圖解分析法研究分析焊接加工作用過程，在這其中，奧克布洛母教授等人(前蘇聯(lián)專家學(xué)者)在研究分析里，添加了實(shí)際溫度改變對(duì)物質(zhì)材料特征的影響作用。對(duì)比較多的零部件，僅僅依靠簡(jiǎn)易的解析計(jì)算模式，不可以符合研究分析的要求，因此人民群眾開始把電腦計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序撰寫方面，不斷推向不斷前行﹐第1次用寫的應(yīng)用程序模擬仿真一維板堆焊，是通過Tall教授等人實(shí)現(xiàn)了的。隨著一維焊接加工應(yīng)力應(yīng)變研究分析模式的發(fā)展進(jìn)步和完善改進(jìn)，人民群眾逐步把研究分析模式應(yīng)用在二維平面行業(yè)領(lǐng)域，七十年代初期，Iwkai和Muraki編寫完善的焊接及平板堆焊二維應(yīng)力應(yīng)變分析程序得以實(shí)現(xiàn)。這個(gè)時(shí)期的又一個(gè)突破，是考慮到焊接過程中另一個(gè)關(guān)鍵因素，即焊接加工的時(shí)候，金屬熔敷所形成的相變組織的改變。隨著焊接加工應(yīng)力應(yīng)變基本原理的持續(xù)完善改進(jìn)，八十年代，人民群眾開始充分關(guān)注對(duì)焊接加工應(yīng)力作用過程的深入、全面分析研究，對(duì)更精確的分布趨勢(shì)進(jìn)行了研究，通過對(duì)Josefson教授等人準(zhǔn)確定位焊、薄壁管等焊接加工應(yīng)力作用過程分析研究數(shù)據(jù)信息的運(yùn)算，指出了少數(shù)較準(zhǔn)確的焊接加工應(yīng)力分散態(tài)勢(shì)，包括去除焊接加工應(yīng)力應(yīng)變的模式與措施手段。伴隨著電腦計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，焊接應(yīng)力應(yīng)變的研究越來越深入，對(duì)影反應(yīng)力應(yīng)變的影響因素，思考也愈來愈多，從九十年代開始，焊接加工應(yīng)力應(yīng)變開始思考焊接加工熱源的輻射矛盾問題，焊接加工過程里，金屬熔化形成的熔敷問題現(xiàn)象，焊接加工構(gòu)件設(shè)施和空氣之間的熱轉(zhuǎn)化，Mahin教授等人在思考以上影響因素的基礎(chǔ)之上，還需要全面思考了實(shí)際溫度分布場(chǎng)和應(yīng)力分布場(chǎng)的耦合作用相互關(guān)系，應(yīng)用測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ叫Ｕ薷臒嵩捶稚ⅰ?.3焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢(shì)六十年代，電腦計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用在有效數(shù)值模擬仿真，應(yīng)用在分析研究一維焊接加工應(yīng)力的形成原理。七十年代，伴隨著有限元專業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，有效數(shù)值模擬仿真模式愈來愈多地應(yīng)用在焊接加工應(yīng)力彎曲變形的計(jì)算中，但僅限于二維空間模型。由于實(shí)際工程中所遇到的結(jié)構(gòu)，往往更具復(fù)雜性和不確定性，而三維模型本身就存在著焊接殘余應(yīng)力應(yīng)變，因此我們不可以簡(jiǎn)潔明了地把矛盾問題歸納總結(jié)為二維平面分布空間建立模型，而把其歸納總結(jié)為和真實(shí)狀況有比較多誤差的三維立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，所以，?yīng)用三維立體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砟M仿真焊接加工殘余應(yīng)力應(yīng)變，將會(huì)發(fā)展成為未來有效數(shù)值模擬仿真的重要研究課題。使用三維立體分布空間實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼归_模擬仿真還存在很多矛盾問題，在這其中，大量具有的主要問題和矛盾是，運(yùn)算過程里的基本單元數(shù)量太多，造成運(yùn)算自由度太大，電腦計(jì)算機(jī)的配置設(shè)計(jì)不可以符合運(yùn)算需求，造成運(yùn)算作用時(shí)間長(zhǎng)，進(jìn)程慢，從近幾年焊接加工殘余應(yīng)力應(yīng)變模擬仿真分析研究的突破進(jìn)展與對(duì)現(xiàn)行關(guān)鍵矛盾問題的研究分析能夠得知，提升模擬仿真運(yùn)算的準(zhǔn)確度與工作效率是未來焊機(jī)模擬仿真的核心所在：使用有限元分析法，來展開三維立體模擬仿真依然具有很多問題和矛盾，首先需要處理和解決的是在保障運(yùn)算準(zhǔn)確度的要求之下，盡可能延長(zhǎng)計(jì)算時(shí)間，以便更好地推廣三維空間焊接數(shù)值模擬技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。1.4焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及其影響因素形成焊接加工殘余應(yīng)力的根本原因，是因?yàn)楹附蛹庸み^程里不平均加熱處理導(dǎo)致的，焊接殘余應(yīng)力按其來源可分為三種情況：直接加熱和冷卻不均勻造成的殘余應(yīng)力，決定于不均勻加熱和冷卻的溫度梯度，這是焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的關(guān)鍵；間接加熱和冷卻產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，決定于焊接過程前的加工狀態(tài)，焊件在經(jīng)歷軋制或拉拔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這類殘余應(yīng)力.這類殘余應(yīng)力在某一些實(shí)際狀況下會(huì)加到焊接加工殘余應(yīng)力上，并且在焊接加工之后的彎曲變形里形成附加作用效應(yīng)，并且外界束縛對(duì)焊件形成的附加應(yīng)力也應(yīng)該歸于這種應(yīng)力；組織改變形成的殘余應(yīng)力，相變是比熱有效容量改變形成組織改變的，雖然這一變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，但必須考慮到，在焊接過程中發(fā)生的相變溫度和平均冷卻速率。它的產(chǎn)生主要受以下兩個(gè)因素的影響：（1）物質(zhì)材料的熱物理作用功能與機(jī)械使用功能和實(shí)際溫度的相互關(guān)系。熱擴(kuò)散比例，是影響焊接加工實(shí)際溫度分布場(chǎng)分散的重要物理系數(shù)。焊縫熱應(yīng)力應(yīng)變的主要物理特征是隨著實(shí)際溫度改變的線膨脹反應(yīng)參數(shù)。（2）選用了不相同方式對(duì)焊接加工熱源的影響作用。在焊接加工研究分析里，熱源自動(dòng)輸入是判斷焊接加工研究分析及焊接加工殘余應(yīng)力形成的核心影響因素，因?yàn)檫x用不相同的熱源實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑫?huì)造成焊縫實(shí)際溫度分布場(chǎng)分散的差異不同，進(jìn)而影響焊接加工殘余應(yīng)力的分散。1.5焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響因?yàn)楹附蛹庸堄鄳?yīng)力與工作荷載的疊加，以及溫度和介質(zhì)的共同作用，導(dǎo)致焊接過程中產(chǎn)生的二次變形和應(yīng)力重分布，對(duì)結(jié)構(gòu)性能有如下影響：焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度的影響。隨著荷載的增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)屈服作用強(qiáng)度的地區(qū)應(yīng)力不再增長(zhǎng)，而沒有完成屈服作用強(qiáng)度的地區(qū)應(yīng)力就會(huì)不斷增長(zhǎng)，一直到物質(zhì)材料總體表層實(shí)現(xiàn)屈服作用強(qiáng)度，從而表現(xiàn)出充足的塑性彎曲變形水平。這樣，焊接加工殘余應(yīng)力就不會(huì)直接影響組成結(jié)構(gòu)的靜作用強(qiáng)度。反之，若受力后組成結(jié)構(gòu)未表現(xiàn)出充足的塑性彎曲變形水平，因此焊接加工殘余應(yīng)力將會(huì)對(duì)組成結(jié)構(gòu)靜作用強(qiáng)度形成嚴(yán)重干擾。焊縫殘余應(yīng)力對(duì)焊接加工組成結(jié)構(gòu)疲勞作用強(qiáng)度的影響作用；當(dāng)負(fù)載周期循環(huán)作用的時(shí)候，假如具有焊接加工殘余應(yīng)力，就容易導(dǎo)致應(yīng)力周期循環(huán)的整套處理過程偏移一個(gè)數(shù)值，使平均有效數(shù)值轉(zhuǎn)變，但是幅度不變，并且我們知道了解，平均有效數(shù)值和最大閾值相互之間是反比重的相互關(guān)系。所以，拉伸焊接加工殘余應(yīng)力產(chǎn)生在應(yīng)力全面集中位置，會(huì)造成疲勞作用強(qiáng)度降低，伴隨著應(yīng)力全面集中參數(shù)的加大，其影響也隨之增大。焊縫殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)剛度的影響；在焊接加工組成結(jié)構(gòu)里，因?yàn)楹附蛹庸堄鄳?yīng)力和外負(fù)載作用形成的應(yīng)力疊加處理，使物質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)屈服點(diǎn)，而物質(zhì)材料的塑性作用功能又不可以充分全面地表現(xiàn)出來，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力持續(xù)增多，實(shí)現(xiàn)屈服作用極限，使組成結(jié)構(gòu)失去連續(xù)承擔(dān)的水平，進(jìn)而使物質(zhì)材料組成結(jié)構(gòu)的高效承擔(dān)實(shí)際有效面積減少降低，造成組成結(jié)構(gòu)的作用剛度減少。在真實(shí)項(xiàng)目工程里，焊接加工組成結(jié)構(gòu)鏈接所運(yùn)用的焊縫與火焰校正修改都能夠在比較多控制范圍里形成比較多的焊接加工殘余應(yīng)力，雖然僅僅是沿構(gòu)件設(shè)施有效長(zhǎng)度分布方向出現(xiàn)微小的焊接殘余應(yīng)力，但它對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響也不可忽視，當(dāng)焊接梁頻繁進(jìn)行火焰校正時(shí)，會(huì)使構(gòu)件受力后形成比較多的彎曲變形，并且在卸載過程里存在自動(dòng)回彈作用功能差的主要問題和矛盾。焊接加工殘余應(yīng)力對(duì)焊接加工件穩(wěn)定安全性的影響作用。因?yàn)楹附蛹庸み^程里殘余應(yīng)力和外負(fù)載的疊加處理作用，構(gòu)件設(shè)施的二次彎曲變形與應(yīng)力重新再次分散，使組成結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全性減少，尤其是受中間介質(zhì)實(shí)際溫度的一起干擾影響，使其承載力受到較大影響。焊接加工殘余應(yīng)力與之對(duì)應(yīng)力腐蝕變質(zhì)裂縫形成的影響作用。形成于某一些中間介質(zhì)物質(zhì)材料排列組合里，受拉應(yīng)力與腐蝕變質(zhì)中間介質(zhì)一起作用形成裂縫，稱之為應(yīng)力腐蝕變質(zhì)斷口開裂。拉伸應(yīng)力的產(chǎn)生存在使金屬表層腐蝕變質(zhì)鈍化膜的損害作用加強(qiáng)，而殘余拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)力疊加作用使拉伸應(yīng)力增大，腐蝕斷裂加速。1.6熱源模型本文應(yīng)用直縫埋弧焊部件焊接加工模式，選用了最靠近熔池準(zhǔn)確度的雙橢球熱源實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?6'，因?yàn)槿凵钶^大，電弧的沖擊效應(yīng)較大。雙橢球型(0,0,0)的前半部分為1/4橢球，后半部分為另1/4橢球，前后兩個(gè)分橢球的能量分配系數(shù)分別為f和f，且f+f=2，熱源分布方程為通過建立雙橢球體熱源實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦\(yùn)算方程式，參考依據(jù)真實(shí)焊接加工生產(chǎn)工藝系數(shù)運(yùn)算出實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕细骺刂乒?jié)點(diǎn)的熱流實(shí)際有效密度，并施加到所選節(jié)點(diǎn)上。在移動(dòng)過程中，電弧中心不斷地向各節(jié)點(diǎn)施加熱流，從而實(shí)現(xiàn)熱源的移動(dòng)。圖2雙橢球熱源實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮硎疽鈭DFig.2Schematicdiagramoftheexperimentalmodelofthedoubleellipsoidheatsource1.7數(shù)值模擬技術(shù)焊縫的焊接加工是一個(gè)復(fù)雜的過程，構(gòu)件的尺寸、焊接方式、施焊順序等都會(huì)影響到最終的焊接殘余應(yīng)力狀態(tài)。但檢測(cè)所用的設(shè)備、場(chǎng)地、周圍環(huán)境、人工操作等因素也都對(duì)殘余應(yīng)力的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，單靠檢測(cè)無(wú)法全面了解殘余應(yīng)力。伴隨著焊接溫度場(chǎng)、焊接應(yīng)力應(yīng)變過程研究的深入以及有限元分析法與電腦計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展進(jìn)步，有效數(shù)值模擬仿真專業(yè)技術(shù)在焊接加工行業(yè)領(lǐng)域的使用也越來越廣泛。以往焊接有限元分析只限于二維問題，近幾年，為了盡可能精確地建立物理模型，全面分析焊接過程的物理本質(zhì)，焊接應(yīng)力的數(shù)值模擬正在向三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)發(fā)展，使模擬越來越接近實(shí)際焊接狀態(tài)。但目前在焊接殘余應(yīng)力分析領(lǐng)域中，如何利用三維模型對(duì)焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行有效的數(shù)值模擬一直是一個(gè)重要問題。在此基礎(chǔ)上，對(duì)焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬的力學(xué)模型進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，使計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定，減少計(jì)算誤差。由于人們對(duì)焊接過程的認(rèn)識(shí)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度發(fā)展，將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于焊接有著廣闊的前景。1.7.1焊接數(shù)值模擬概念焊接數(shù)值模擬是在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用一套描述表達(dá)焊接加工作用過程或者作用過程的操作控制運(yùn)算方程式，經(jīng)過研究分析或者有效數(shù)值模式計(jì)算求解，以獲取這一過程的定量認(rèn)知(例如焊接加工實(shí)際溫度分布場(chǎng)研究分析、焊接加工熱周期循環(huán)研究分析、焊接加工HAZ實(shí)際有效硬度研究分析、焊接加工區(qū)域作用強(qiáng)度研究分析、斷裂韌性研究分析等)。對(duì)焊接加工作用過程展開有效數(shù)值模擬仿真的核心所在是明確研究分析主要對(duì)象的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c操作控制運(yùn)算方程式(本構(gòu)相互關(guān)系)。但是，焊接加工物理模擬仿真則是用縮小比例或簡(jiǎn)化一定條件的模擬件代替原始尺寸形狀的實(shí)物研究(如焊接熱/力物理模擬﹑密柵云紋法分析應(yīng)力應(yīng)變和氫瞬態(tài)分布的電視錄象)。數(shù)學(xué)仿真是對(duì)物理仿真結(jié)果的校驗(yàn)和校核，是數(shù)值仿真的必要補(bǔ)充。1.7.2焊接數(shù)值模擬中的數(shù)值分析方法數(shù)字仿真是從具體對(duì)象的數(shù)學(xué)模型中提取數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)值分析方法，用計(jì)算機(jī)求解。在過去數(shù)十年中，發(fā)展了許多不同的科學(xué)方法，其中包括：(1)解析法，也就是數(shù)值積分法；(2)蒙特卡洛法；(3)微分法；(4)有限元方法。蒙脫石法也叫隨機(jī)模擬仿真法。就是需要對(duì)某一個(gè)矛盾問題做一個(gè)合適的隨機(jī)作用過程，用隨機(jī)試驗(yàn)樣品運(yùn)算出的統(tǒng)統(tǒng)計(jì)測(cè)量，來估測(cè)這個(gè)隨機(jī)作用過程的系數(shù)，進(jìn)而由這個(gè)系數(shù)發(fā)現(xiàn)這個(gè)矛盾問題里主要包括：的未知變量。以以差商替代微商為差分法的根本基礎(chǔ)，相對(duì)應(yīng)地把微分運(yùn)算方程式轉(zhuǎn)化成為差分運(yùn)算方程式。微分法的重要優(yōu)勢(shì)是針對(duì)有基本規(guī)則數(shù)學(xué)幾何特征與平均物質(zhì)材料特征的主要問題和矛盾，程序語(yǔ)言綜合設(shè)計(jì)與運(yùn)算都比較簡(jiǎn)易，易于掌握和理解，但是微分法往往局限于規(guī)則的微分網(wǎng)格，靈活性差。差分方法在焊接研究中經(jīng)常被用來分析焊接熱傳導(dǎo)、熔池流體力學(xué)和氫擴(kuò)散等問題。從1950年代航空項(xiàng)目工程里，飛機(jī)組成結(jié)構(gòu)的分布矩陣研究分析開始，有限元模式被大量地應(yīng)用在計(jì)算求解多種持續(xù)中間介質(zhì)與分布場(chǎng)矛盾問題。有限元模式已經(jīng)在焊接加工行業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于焊接傳熱分析、焊接熱彈塑性應(yīng)力分析、焊接結(jié)構(gòu)的斷裂力學(xué)分析等方面。上述數(shù)值方法在工程應(yīng)用中經(jīng)?；ハ嘟徊?、滲透。1.8直縫管研究現(xiàn)狀自HFW專業(yè)技術(shù)被美國(guó)Yoder企業(yè)應(yīng)用在直縫焊管部件生產(chǎn)加工之后，HFW制管專業(yè)技術(shù)獲取了快速的發(fā)展進(jìn)步，并且逐步在冶金機(jī)械設(shè)備行業(yè)領(lǐng)域占據(jù)有重要地位。伴隨著軋制﹑潔凈鋼加工冶煉與無(wú)損測(cè)試等專業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，HFW專業(yè)技術(shù)的使用作用范圍逐漸擴(kuò)張，從而更大量地應(yīng)用在汽車、機(jī)械設(shè)備、電力第二產(chǎn)業(yè)、開采與自動(dòng)輸送石油與天然氣等產(chǎn)業(yè)，以及農(nóng)業(yè)灌溉、供水與礦山[1-3]。經(jīng)過多年的積極，我國(guó)高壓力、大口徑油氣自動(dòng)輸送傳輸管道，高強(qiáng)度性能鋼級(jí)傳輸管道的研發(fā)與使用，包括優(yōu)化提高鋼級(jí)管型、有效管徑、材料性質(zhì)等系數(shù)，都實(shí)現(xiàn)了全球水平。最近幾年之后，直縫焊管部件逐步被使用到安全需求比較大的行業(yè)領(lǐng)域，直縫焊管部件的焊接加工綜合質(zhì)量也引發(fā)了業(yè)界的充分關(guān)注，促使直縫焊管部件的專業(yè)技術(shù)分析研究越來越受到重視。當(dāng)前，我國(guó)HFW管材生產(chǎn)雖然在規(guī)格、數(shù)量等方面具有非常強(qiáng)的生產(chǎn)加工水平，但是針對(duì)于直縫管的HFW分析研究與焊縫綜合質(zhì)量嚴(yán)格控制管理專業(yè)技術(shù)依然有比較多的空白[7]。加固成型、焊接加工與熱處理是直縫焊管部件生產(chǎn)加工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其專業(yè)技術(shù)綜合水平的大小嚴(yán)重影響焊管部件綜合質(zhì)量。上述加固成型主要干擾焊管部件加工制品的具體形狀與有效尺寸準(zhǔn)確度。然而，焊接加工與熱處理影響到焊縫的綜合質(zhì)量，嚴(yán)重影響到焊管部件的運(yùn)用安全。高頻自動(dòng)感應(yīng)焊(HFIW)與額定電阻焊(ERW)又可以劃分為兩大類。這個(gè)HFIW應(yīng)用高頻電流通運(yùn)轉(zhuǎn)過自動(dòng)感應(yīng)金屬線圈，在焊管部件表層產(chǎn)生自動(dòng)感應(yīng)工作電流環(huán)。這個(gè)設(shè)備使用高頻工作電流在工作電極焊腳環(huán)焊管部件表層產(chǎn)生工作電流循環(huán)回路﹐使鋼條加熱處理到V形角邊緣。焊管部件里的工作電流僅部分流通過了V形角邊，就逐漸發(fā)展成為了焊接加工其中所需要的能量，剩余都是無(wú)效工作電流。作為管件內(nèi)問題和缺陷的易發(fā)位置，焊縫彎曲變形使焊縫塑性降低，與HFW加熱溫度分布不均造成HFW管的實(shí)際溫度梯度加大相關(guān)，進(jìn)而造成HFW管的焊接加工綜合質(zhì)量問題和缺陷形成，與此同時(shí)，引發(fā)比較多的殘余應(yīng)力與組織梯度的非平均轉(zhuǎn)化。在電磁波熱耦合載荷作用下，管坯焊接熱影響區(qū)的溫度分布發(fā)生了變化，而由熱荷載引起的殘余應(yīng)力又發(fā)生了熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的耦合。經(jīng)成形、焊接、熱處理等工藝加工的金屬鋼管，因?yàn)槭荦嬰s的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的影響，殘余應(yīng)力比較多，造成焊管部件焊縫及熱影響分布區(qū)數(shù)據(jù)內(nèi)存在隱性問題和缺陷。上述分布分散在不相同具體位置的物質(zhì)材料特征問題和缺陷很難被發(fā)現(xiàn)，一旦產(chǎn)品接受，就會(huì)嚴(yán)重影響焊管的安全使用。近年來，伴隨著機(jī)械設(shè)備、電子、操作控制專業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展進(jìn)步，研發(fā)了仿真模擬操作應(yīng)用軟件與成立物理測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)M仿真應(yīng)用平臺(tái)，為HFW專業(yè)技術(shù)的高準(zhǔn)確度操作控制分析研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，處理和解決了原理上有一定實(shí)際有效深度的產(chǎn)業(yè)矛盾問題。然而，截至當(dāng)前，全國(guó)有關(guān)行業(yè)領(lǐng)域?qū)Χ嘞禂?shù)耦合作用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆治鲅芯窟€非常少，項(xiàng)目工程使用系數(shù)依然以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息為核心主要，經(jīng)過多年的應(yīng)用實(shí)踐證實(shí)，從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)里歸納總結(jié)出最為合理系數(shù)是很費(fèi)時(shí)的。為提高焊管質(zhì)量，滿足不斷增長(zhǎng)的工業(yè)生產(chǎn)需要，實(shí)現(xiàn)高精度的HFW技術(shù)，必須建立多參數(shù)耦合模型，進(jìn)行電磁參數(shù)對(duì)焊管溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、組織場(chǎng)作用機(jī)理的綜合分析。1.9小結(jié)詳細(xì)介紹了焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和應(yīng)變，簡(jiǎn)述了截至當(dāng)前，直縫管內(nèi)焊接加工分析研究與有效數(shù)值模擬仿真的發(fā)展進(jìn)步實(shí)際情況，并且表明應(yīng)用有效數(shù)值模擬仿真模式預(yù)計(jì)焊接加工殘余應(yīng)力與彎曲變形的真實(shí)使用，包括有效數(shù)值模擬仿真里，所應(yīng)用的熱源實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?焊接模型2.1銅合金的性能銅及銅合金，是人類發(fā)展歷史上運(yùn)用最開始的金屬物質(zhì)材料之一，因?yàn)殂~具備良好的作用功能，而被大量應(yīng)用在傳輸電纜，電器設(shè)備核電子機(jī)器設(shè)備的導(dǎo)電物質(zhì)材料、多種熱交換控制器設(shè)備的傳熱作用物質(zhì)材料、建筑設(shè)計(jì)施工材料等，伴隨著科學(xué)專業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，運(yùn)用作用范圍逐漸擴(kuò)張，例如大規(guī)模應(yīng)用集成工作電路、具體形狀記憶合金等多個(gè)方面都存在使用。純銅雖然有許多可貴的作用功能，但是它的作用強(qiáng)度低，導(dǎo)電導(dǎo)熱作用功能、彈性與切削加工作用功能，符合不了第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)步的要求，所以，銅合金獲取了非常廣泛的運(yùn)用。銅及銅合金焊接加工作用功能比較差，焊接加工銅及銅合金，相比焊接加工低碳鋼更加復(fù)雜。焊接加工的時(shí)候，形成如下矛盾問題。1）焊縫加固成型水平差，簡(jiǎn)單產(chǎn)生焊縫表層加固成型差的實(shí)際外觀問題和缺陷。2）在焊縫與熱影響分布區(qū)簡(jiǎn)單形成裂縫在這其中，最普遍的是焊縫熱裂縫。3）銅及銅合金的線膨脹反應(yīng)參數(shù)大，比低碳鋼大概大50.0%及其以上，焊之后的設(shè)備工件易形成彎曲變形。2.2焊件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)化焊接模型，采用圖2-1的有限元模型，在兩片板的中間放置了焊道。根據(jù)銅合金的自身性能特點(diǎn)，直縫管壁厚需要厚一些才有利于焊接，所以我設(shè)置的尺寸如下：直縫鋼管外徑180mm，內(nèi)徑100mm，管長(zhǎng)190mm，焊縫長(zhǎng)度10mm，受焊接影響部位長(zhǎng)度30mm，遠(yuǎn)離焊縫部位長(zhǎng)度150mm。由于C194銅合金材料極易出現(xiàn)未熔合、開裂等缺陷，因此，在焊接時(shí)應(yīng)選擇與基體材料極接近的填充材料。焊件材料為C194銅合金，含適度Fe、P化學(xué)元素(物質(zhì)材料構(gòu)成，具體見下表2-1)，具備優(yōu)良的抗裂性、耐磨損性與焊接加工生產(chǎn)工藝性。表2-1焊材化學(xué)元素有效成分/Wt%Table2-1Effectivecomponentsofweldingconsumables/Wt%2.3焊接方法本次焊接方式準(zhǔn)備采用埋弧焊的焊接加工模式展開焊接加工，是使用焊絲和設(shè)備工件相互之間在焊化學(xué)試劑層下燃燒反應(yīng)的電弧，并與熔渣產(chǎn)生一定的冶金反應(yīng)。埋弧焊部件和其他電弧焊部件模式對(duì)比，具備如下優(yōu)勢(shì)：1）埋弧焊部件能夠以一定的熔敷比例，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際有效厚度不會(huì)受到嚴(yán)格限制的對(duì)接和接頭部件。多絲埋弧焊部件，尤其合適厚板街頭與表層堆焊。2）單絲或者多絲埋弧焊部件能夠經(jīng)過單面焊雙面固定成形生產(chǎn)工藝，1次行程實(shí)現(xiàn)了實(shí)際有效厚度20毫米如下的直邊對(duì)接接頭部件，或者以雙面焊實(shí)現(xiàn)了40毫米以下的接頭部件，能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)高的焊接加工工作效率，選取為得可觀喜人的經(jīng)濟(jì)實(shí)際收益。3）使用焊化學(xué)試劑組分對(duì)熔池金屬脫氧自動(dòng)還原反應(yīng)，可以獲取力學(xué)作用功能良好的金屬。焊縫金屬的作用功能，經(jīng)過焊化學(xué)試劑與焊絲的選用配置進(jìn)一步修改調(diào)配。4）埋弧焊部件的時(shí)候，焊絲熔化過程里不形成飛濺，焊后不需要修磨焊縫表層，節(jié)約了焊接加工協(xié)助作用時(shí)間。5）埋弧焊部件作用過程無(wú)弧光刺激，焊工可全面集中關(guān)注度操作應(yīng)用，焊接加工綜合質(zhì)量容易保障，與此同時(shí)，勞動(dòng)基本條件獲取完善。6）埋弧焊部件容易完成機(jī)械設(shè)備化與自動(dòng)智能化操作應(yīng)用，焊接加工作用過程穩(wěn)定，焊接加工系數(shù)修改調(diào)配作用范圍寬，可來滿足多種具體形狀設(shè)備工件的焊接加工。7)埋弧焊部件可以在風(fēng)力比較多的露天分布場(chǎng)地施焊。2.4材料屬性定義下列系數(shù)的概念，具體見下表2-2：實(shí)際有效密度DENS，摩擦阻力參數(shù)MU，比熱容C，彈性有效模量EX，熱體積膨脹參數(shù)ALPX，屈服作用強(qiáng)度與對(duì)流參數(shù)。密度8780kg/m3的C194銅合金，熔點(diǎn)1050~1083℃。表2-2物質(zhì)材料特征屬性Table2-2Materialcharacteristicproperties實(shí)際溫度（.0攝氏度）比熱容（J/Kg·K）彈性有效模量（k牛頓/米m2）泊松比線膨脹反應(yīng)參數(shù)（10﹣6/.0攝氏度）熱傳遞比例（W/m·K）屈服作用強(qiáng)度（兆帕斯卡）切線模量（105兆帕斯卡）對(duì)流系數(shù)（W/㎡·℃）203851250.3416.2726.033120.471.51003911220.3816.2726.61264.90.442.62003971190.4218.0127.712060.413.83004011150.4618.0128.871500.395.54004051090.5120.1330.01135.50.367.35004111040.5320.1331.171020.349.26004171010.56-32.2148.80.3210.82.5單元類型的選擇和網(wǎng)格的劃分這個(gè)直縫管的焊接加工組成結(jié)構(gòu)為軸對(duì)稱組成結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ζ湔归_熱研究分析與殘余應(yīng)力研究分析，所以在焊接加工實(shí)際溫度分布場(chǎng)模擬仿真的時(shí)候，可選用六面體八結(jié)點(diǎn)三維立體功能實(shí)體基本單元，在應(yīng)力研究分析的時(shí)候，這個(gè)熱研究分析基本單元可交換為與之對(duì)應(yīng)的組成構(gòu)造基本單元SOLID185，這個(gè)基本單元支持生死運(yùn)算函數(shù)，可模擬仿真焊接加工作用過程。針對(duì)焊縫核心與焊接加工熱影響分布區(qū)的實(shí)際溫度梯度比較多，為保障運(yùn)算準(zhǔn)確度，又合適減少降低運(yùn)算量，在焊縫與近縫作業(yè)區(qū)應(yīng)用了細(xì)分布網(wǎng)格(按照熱源加熱處理高效有效半徑明確最低基本單元有效尺寸)，但是在遠(yuǎn)離焊縫作業(yè)區(qū)應(yīng)用了比較多分布網(wǎng)格有效尺寸。焊接加工基本單元分布網(wǎng)格的有效長(zhǎng)度分布方向是2毫米(四個(gè)基本單元)，而遠(yuǎn)離焊接加工具體位置的分布網(wǎng)格的有效長(zhǎng)度分布方向是3毫米(八個(gè)基本單元)，5毫米(二十四個(gè)基本單元)；有效寬度分布方向是4毫米(三十個(gè)基本單元)，如下圖2-2所示。圖2-2分布網(wǎng)格示意圖Fig.2-2Schematicdiagramofdistributiongrid2.6小結(jié)焊縫實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪且活愔笨p管組成結(jié)構(gòu)，定義了物質(zhì)材料的特征屬性，思考了物質(zhì)材料隨著實(shí)際溫度改變的特征，為實(shí)際溫度分布場(chǎng)與應(yīng)力分布場(chǎng)運(yùn)算供應(yīng)了物質(zhì)材料本征特征，選用基本單元種類是為了實(shí)際地模擬仿真焊接加工作用過程，應(yīng)用分布網(wǎng)格區(qū)分來模擬仿真?zhèn)鳠嶙饔门c傳力過程里的不平均分散。3溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)演變過程3.1焊接熱源和焊接過程模擬自由移動(dòng)型熱源可簡(jiǎn)約化成為沿垂直方向運(yùn)動(dòng)分布方向呈帶狀的熱源，高能量束焊接加工的運(yùn)動(dòng)速率足夠快，對(duì)焊縫增加的自由移動(dòng)型熱源，可以看成是一類帶狀熱源，可以把焊縫分割成多個(gè)小段，按照焊接加工順序，針對(duì)小段展開持續(xù)加熱處理，使垂直焊縫與實(shí)際有效深度分布方向上的初始熱源具備顯著的特點(diǎn)；針對(duì)一段的加熱處理，可以把其區(qū)別為非常少的有效時(shí)間步，每一步應(yīng)用比較多的步長(zhǎng)展開運(yùn)算，充分減少降低了運(yùn)算量。焊接加工分布方向上的能量分散平均，能夠?qū)ρ睾附蛹庸し植挤较虻姆植季W(wǎng)格，展開更大的區(qū)分，進(jìn)而充分減少降低了運(yùn)算量，減少了運(yùn)算作用時(shí)間。采用生死單元技術(shù)實(shí)現(xiàn)了焊接過程中焊道的生成計(jì)算。當(dāng)某一焊道受電弧影響時(shí)，在焊接工藝開始之前，所有的焊縫單元都會(huì)被殺死，而該焊道的單元?jiǎng)t會(huì)重新出現(xiàn)?；罴c死件之間的熱交換在熱分析中幾乎為零。焊縫殺傷單元通過給予較低的剛度來實(shí)現(xiàn)，直到殺傷基本單元在焊縫產(chǎn)生的時(shí)候，自動(dòng)恢復(fù)調(diào)整。3.2焊接溫度場(chǎng)和邊界條件在焊接加工過程里，焊接加工熱源以確定的速率沿焊縫運(yùn)動(dòng)，所以，焊接加工實(shí)際溫度分布場(chǎng)同時(shí)也是運(yùn)動(dòng)的，由焊接加工熱源形成的運(yùn)動(dòng)實(shí)際溫度分布場(chǎng)，在運(yùn)算實(shí)際溫度分布場(chǎng)的時(shí)候，把絕熱界限基本條件應(yīng)用在對(duì)稱面，其它表層因此應(yīng)用在散熱界限基本條件。在焊接加工過程里，因?yàn)槿鄢嘏c焊縫背面應(yīng)用了氣體安全維護(hù)，因此在加熱處理過程里增加了強(qiáng)對(duì)流與輻射散熱，在冷卻處理過程里思考了輻射與自然對(duì)流散熱，并且在不相同焊接加工時(shí)期將會(huì)對(duì)流參數(shù)與輻射參數(shù)排列組合成復(fù)合傳熱系數(shù)，全面處理了散熱界限基本條件，與此同時(shí)，思考了隨著實(shí)際溫度改變的物質(zhì)材料作用功能，并且假設(shè)焊縫與母材的物質(zhì)材料特征屬性相同。在彈塑性運(yùn)算里，假設(shè)物質(zhì)材料服從Misses屈服基本準(zhǔn)則及其流動(dòng)基本規(guī)律。3.3溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果分析表明，實(shí)際溫度分散云圖在不同時(shí)間(圖3-1)與在相同實(shí)際溫度(圖3-2)下距焊縫核心具體位置不相同實(shí)際溫度的改變實(shí)際狀況。在焊接加工初始時(shí)期，實(shí)際溫度影響作用范圍較低，熱流實(shí)際有效密度未完全面進(jìn)入焊件，焊接加工為局部不平均加熱工作過程，熱源在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，熱源周圍點(diǎn)的實(shí)際溫度持續(xù)提高，在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，焊縫具體位置的實(shí)際溫度不斷變化，在焊縫核心位置的實(shí)際溫度持續(xù)向四周傳熱作用輻射，在75.0攝氏度的時(shí)候，焊縫熱源加載實(shí)現(xiàn)了，焊接加工作用過程結(jié)束完成，之后開始冷卻處理，因?yàn)槊恳粋€(gè)具體位置冷卻處理速率不相同，焊件上各個(gè)分布點(diǎn)的實(shí)際溫度改變也不相同，最終焊件上各個(gè)分布點(diǎn)實(shí)際溫度逐漸平穩(wěn)，冷卻處理至室溫。從實(shí)際溫度云圖里能夠得知恰當(dāng)?shù)娜酆蠀^(qū)界限與熱影響分布區(qū)有效尺寸，熔池界限與真實(shí)預(yù)計(jì)的焊縫形貌整體上保持一致。（a）5s實(shí)際溫度分散（b）30s實(shí)際溫度分散（c）60s實(shí)際溫度分散（d）65s實(shí)際溫度分散（e）75s實(shí)際溫度分散（f）100s實(shí)際溫度分散（g）200s實(shí)際溫度分散（h）1000s實(shí)際溫度分散圖3-1實(shí)際溫度分布場(chǎng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)云圖（攝氏度）Fig.3-1Quasi-steadycloudimageofactualtemperaturedistributionfield(degreesCelsius)當(dāng)有效實(shí)際距離焊縫核心具體位置較遠(yuǎn)的時(shí)候，每一點(diǎn)溫度變化都不相同，當(dāng)距離焊縫中心位置較近時(shí)，每一點(diǎn)溫度變化都不相同，75s后，每一點(diǎn)溫度變化都不相同，當(dāng)距離焊縫中心位置較遠(yuǎn)時(shí)，每一點(diǎn)溫度變化都不相同，共同冷卻至室溫。焊接加工和焊接加工熱影響分布區(qū)的溫度升高速度、最大峰值實(shí)際溫度與溫度升高速度不同比較多。加熱處理與冷卻處理不平均，導(dǎo)致不分布均勻的膨脹反應(yīng)與收縮作用，進(jìn)而形成焊接加工殘余應(yīng)力。圖3-2511點(diǎn)的溫度分布Fig.Thetemperaturedistributionat5114應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果經(jīng)過成立有限元實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，明確焊接加工作用過程的熱自動(dòng)輸入，參考依據(jù)固定轉(zhuǎn)子體的熱力學(xué)作用功能分析研究明確物質(zhì)材料的熱力學(xué)作用功能系數(shù)，經(jīng)過有限元熱研究分析獲取焊接加工實(shí)際溫度分布場(chǎng)，并且以實(shí)際溫度分布場(chǎng)為負(fù)荷運(yùn)算焊接加工作用過程的應(yīng)力與彎曲變形，最終以焊接加工應(yīng)力為初始應(yīng)力展開焊后熱處理運(yùn)算。最后的殘余應(yīng)力一般選擇決于少數(shù)重要的影響因素，例如組成結(jié)構(gòu)有效尺寸，物質(zhì)材料特征，既定限制，熱自動(dòng)輸入，焊道數(shù)目，焊接加工順序，蠕變系數(shù)，熱處理實(shí)際溫度與保溫作用時(shí)間。該方法先殺死每一個(gè)代表焊縫的基本單元，之后經(jīng)過生死基本單元法逐段自動(dòng)生成焊縫。把實(shí)際溫度分布場(chǎng)的運(yùn)算最終結(jié)果作為熱載荷對(duì)控制節(jié)點(diǎn)展開穩(wěn)態(tài)研究分析。從水平方向與豎直方向2個(gè)作用角度研究分析殘余應(yīng)力，豎直方向殘余應(yīng)力指的是焊接加工組成結(jié)構(gòu)在平行焊縫分布方向上，通常都是因?yàn)槭軣嵝纬傻呢Q直方向收縮作用，水平方向殘余應(yīng)力是因?yàn)楹缚p與周圍塑性彎曲變形區(qū)的豎直方向收縮作用以及焊縫與周圍塑性彎曲變形區(qū)的水平方向收縮作用的不同時(shí)性而形成的殘余應(yīng)力。從圖4-1能夠得知，在加熱處理過程里，當(dāng)量殘余壓應(yīng)力應(yīng)用在焊縫核心，當(dāng)量殘余拉應(yīng)力作用于焊接熱影響區(qū)。塑性彎曲變形的時(shí)候，金屬物質(zhì)材料可形成生產(chǎn)加工硬化，彎曲變形作用程度愈大，金屬作用強(qiáng)度、實(shí)際有效硬度越大。焊接過程中出現(xiàn)各向異性強(qiáng)化，某一方向屈服應(yīng)力增高。參考依據(jù)云圖能夠得知，焊接加工過程里殘余壓應(yīng)力超越物質(zhì)材料獲取的屈服作用強(qiáng)度，可能是忽然加熱所致。熱脹冷縮過程中，熱脹冷縮過程中的橫向應(yīng)力為壓應(yīng)力，遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域?yàn)槔瓚?yīng)力；熱脹冷縮過程中的橫向應(yīng)力為熱脹冷縮過程中的壓應(yīng)力，遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域?yàn)槔瓚?yīng)力，冷卻后的焊縫區(qū)域?yàn)槔瓚?yīng)力，而且伴隨著焊接加工作用過程的展開，拉應(yīng)力地區(qū)逐步加大。（a）5s水平方向殘余