对于焊接构件,只要构件和焊道本身具有较好的塑性变形能力(没有低温、动荷载等使钢材变脆的不利因素),残余应力不会降低构件的静力强度。因为有残余应力的构件承受逐渐增大的轴心拉力时,外荷载引起的拉应力将叠加截面的残余应力。在加载过程中,应力不断增加,当叠加总应力达到材料的屈服极限fy,构件中存在残余拉应力的截而提前进入塑性区,后增长的外荷载仅由截而的弹性区承担,随荷载的增大,弹性区减少,塑性区增大,内部应力不断叠加,应力发生重新分布,直至整个截面上的应力达到材料的屈服极限时为止。由于截面残余应力为自相平衡应力分布,故静力荷载相等,即残余应力不会降低构件的静力强度。但是塑性材料在一定条件下会失去塑性,变成脆性或者构件材料塑性较低,残余应力将会影响构件的静力强度。因为构件无足够的塑性变形产生,在加载过程中,应力峰值不断增加,直至达到材料强度极限后发生破坏。因而残余应力对其有影响。
3.4对疲劳强度的影响
钢材在循环应力多次反复作下裂缝生成、扩展以致断裂破坏的现象称为钢材的疲劳。残余应力的存在使变荷载产生的应力与残余应力叠加后,应力幅值产生变化,将对结构抗疲劳强度产生影响。因此,如应力集中处存的着残余拉应力较大,疲劳强度就降低。应力集中系数越高,残余应力的影响也就越显著,因此,提高疲劳强度,不仅应从调节和消除残余应力着手,而且应从上艺和设计上来降低结构的应力集中系数,从而降低残余应力对疲劳强度的不利影响。
3.5对构件脆性的影响
脆性破坏是指构件在几乎不存在塑性变形情况下突然开裂,并快速在整个截面内传播直至破坏。它在低温或者变形速率增加情况下最容易发生。
焊接结构中残余应力的存在(残余应力较高时可达fy) 时,在外荷载的作用下,有效比例极限降低,部分截而提前进入屈服。这部分截而在塑性变形后,材料的塑性变形能力降低,呈脆性。因此,残余应力的存在,使部分截面出现脆性性能,加剧了构件脆性破坏的可能性。
裂纹扩大时结构脆断的重要原因。焊缝冷却时的收缩收缩作用受到约束,有可能出现裂纹,在板厚较大的焊接结构中尤其明显。例如在两块厚板T形连接时,当两块板间未留缝隙而不能相对移动时,焊缝因收缩受到约束因产生拉应力有可能促使开裂,如果在两块板之间垫上软钢丝留出缝隙,焊缝收缩有余地,裂纹就不会出现。[3]
4残余应力的控制措施
完全消除残余应力是不现