第五章焊接应力与变形汇总.docx

第五章焊接应力与变形汇总.docx

《第五章焊接应力与变形汇总.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章焊接应力与变形汇总.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第五章焊接应力与变形汇总

第五章焊接应力与变形

焊接过程中产生的焊接应力和变形，引起工艺缺陷，将影响结构的承载能力，造成各类损伤与破坏，了解焊接应力和变形，可以大大减少焊接应力与变形的危害。

第一节焊接应力和变形的基本原理

一、焊接温度场和影响因素

1．焊接温度场

焊接时必须利用高度集中的热源，且焊接时的温度场也是非常不均匀和不稳定的。

焊接熔池中的局部最高温度可达金属的气化温度。

母材和填充金属均被熔化，在加热冷却过程中，金属发生显微组织的转变。

温度场通过热应变，通过随金属的相变、应变决定焊接残余应力。

焊接温度场是指在焊接热源的作用下，焊接部位不同点的温度分布。

温度场沿热源移动方向温度场分布不对称，热源前面温度场等温线密集，温度下降快，热源后面等温线稀疏，温度下降较慢。

2．影响温度场的因素

（1）热源的性质及焊接工艺影响

热源的性质不同，温度场的分布也不同。

同样的焊接热源，焊接工艺参数不同，温度场的分布也不同。

（2）材料热物理性质影响

被焊金属材料的热导率、比热容、传热系数等对焊接温度场的影响较大。

热导率对加热到某一温度以上的范围大小有决定性影响；当热导率λ小时，用于焊接有很小的热输入qw就足够；当热导率λ大时，则需要较大的热输入qw。

因此，奥氏体CrNi钢（λ小），可以用较小的单位长度焊缝的热输入焊接；而铝和铜（λ大），需要较高的单位长度焊缝上的热输入。

焊件的几何尺寸不同也会影响焊接温度场，如焊件大小厚度都会影响温度场分布。

二、温度对材料的物理及力学性能的影响

对于焊接残余应力和变形分析，除已知材料密度ρ以外，还需要以下材料热力学性能特征值与温度的关系：

热膨胀系数α，弹性模量Ε，泊松比γ，屈服极限σs，这些力学性能参数随温度的变化而变化。

对于钢的屈服极限σs在0～500℃时，金属材料的σs基本是一个常数，当温度升到500℃以上时，σs发生陡降，当温度达到600℃时，金属处于塑性，σs较小，接近0。

综上所述，由于焊接温度场比较复杂，受到多种因素的影响，且温度对材料的物理力学性能的影响复杂，因此，焊接残余应力及变形也是比较复杂的。

三、金属杆件在温度变化时产生的应力和变形

从焊接过程及温度场可以发现，焊接温度是个不均匀的加热过程，比较复杂。

为了更好地理解应力、变形的基本概念，以一根金属杆件在加热过程中的四种状态来进行讨论。

a）b）

c）d）

图5-1金属杆件在不同状态下的应力和变形

四、不均匀加热及焊接过程引起的应力和变形

图5-2钢板不均匀加热的变形

a）受热时b）冷却后

焊接应力和变形与上述不均匀温度场引起的应力和变形的基本规律是一致的。

但是前者更为复杂，其复杂性首先表现在焊接时的温度变化范围，比前面分析的情况要大得多。

在焊缝上最高温度可达到材料的沸腾点，而离开热源温度急剧下降直至室温。

金属在高温下性能如前所述发生变化。

焊接应力变形的复杂性还表现在它的温度场分布上，前面也已分析的温度场的复杂性。

图5-3为钢板中间对接时的应力与变形情况。

假设钢板也是由许多能自由伸缩的小板条组成。

在焊接过程中，由于钢板经受了不均匀加热，其加热温度为中间高两边低，那么小板条的理论伸长情况应如图5-3a中虚线所示，而实际上由于假想小板条是互为一体并相牵制的，因此实际伸长情况就如图中实线所示。

图5-3b中可以看出，钢板的边缘被拉伸了△L，这样，在边缘上就出现了拉伸应力。

钢板中间被“压缩”了，可见钢板中间焊缝区，不仅产生了压应力，而且还产生了压缩塑性变形。

图5-3钢板中间对接时的应力与变形

a）加热时b）冷却后

冷却时，由于钢板中间在加热时产生压缩变形，所以最后的钢板长度要比原来短。

从理论上来说，钢板中间缩短的长度应如图5-3b中虚线的形状。

但事实上由于中间部分的收缩受到两边的牵制，所以实际的收缩变形应如图中实线所示。

这样，冷却后钢板总长缩短了△L1，在钢板的边缘出现压应力，在钢板中间，因没能完全收缩，则出现拉伸应力。

这就是焊接过程引起应力与变形的实际情况。

五、材料的物理和力学性能对焊接残余应力与变形的影响

材料因素对于焊接残余应力与焊接变形的影响，主要熔化温度Tm、热膨胀率α、弹性模量E、屈服极限σs来作出比较性评定,评定时先不考虑α、E、σs与温度的相关性。

熔化温度Tm对焊接残余应力和焊接变形的影响是同向的，即较高的熔化温度引起较高的应力和较大的变形。

单位容积熔化热对焊接残余应力与变形的影响也与熔化温度相同。

就Tm而论，铝合金较能适应焊接，而钛合金的适应性则相对较差。

热膨胀系数α对焊接应力与变形也产生同向影响且特别明显，但在出现具有反向影响的相变应变时，其作用也会受到一定限制。

就α而论，钛合金较能适应焊接而铝合金相对较差。

弹性模量E（包括较少变化的泊松比μ）增大时焊接残余应力随之增大，而焊接变形随之减小，不稳定现象（翘曲）尤其可因弹性模量较大而受到抑制。

就此而论，焊接铝材时残余应力会较低，但变形较大；而焊接钢、钛和铜等则残余应力较高，变形较小。

屈服极限（包括硬化系数）对焊接残余应力与焊接变形的影响与弹性模量相同。

较高的屈服极限会引起较高的残余应力，且峰值应力与平均应力均高。

焊接结构贮存的变形能也会因此而增大，从而可能促使脆性断裂。

此外，由于塑性应变较小且塑性区范围不大，因而变形（包括焊接熔池前方坡口面的位移）得以减小。

上述现象也同样适用于高温下屈服极限增大（例如采用高温钢时）的情形，不过这种情况下高温产生裂纹的可能性也会随之增大，为避免这种情况则须增大材料的高温塑性（即可锻性）。

铸铁不适合于用作焊接结构材料，因为它不具备高温塑性。

第二节焊接残余变形

一、焊接变形的分类

焊接残余变形是焊接后残存于结构中的变形。

大致可分下列七类：

1．纵向收缩变形：

构件焊后在焊缝方向发生收缩，如图5-4。

2．横向收缩变形：

构件焊后在垂直焊缝方向发生收缩，如图5-4。

图5-4纵向和横向收缩变形

3．弯曲变形：

构件焊后发生弯曲，如图5-5。

弯曲可由焊缝的纵向收缩引起和由焊缝横向收缩引起。

弯曲变形常见于焊接梁、柱、管道等焊件，对这类焊接结构的生产造成较大的危害。

弯曲变形的大小以挠度f的数值来度量，f是焊后焊件的中心轴偏离焊件原中心轴的最大距离，挠度越大，弯曲变形越大。

图5-5构件的弯曲变形

4．角变形：

焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移，常

图5-6几种角变形

5．波浪变形：

波浪变形如图5-7，容易在薄板焊接结构中产生。

造成波浪变形的原因有两种：

一种是由于薄板结构焊接时的纵向和横向的压应力使薄板失去稳定而造成波浪形的变形，另一种原因是角焊缝的横向收缩引起的角变形造成。

图5-7焊接波浪变形

6．错边变形：

错边变形通常有长度方向与厚度方向的错边，如图5-8。

引起错边变形的主要原因有：

装配不良；组成焊件的两零件在装夹时夹紧程度不一致；组成焊件的两零件的刚度不同或它们的热物理性质不同；以及电弧偏离坡口中心等。

图5-8焊接错边变形

a）长度方向的错边b）厚度方向的错边

7．螺旋变形：

焊后在结构上出现的扭曲，如图5-9，产生螺旋变形的原因很多，装配质量不好，即在装配之后焊接之前的焊件位置和尺寸不符合图样的要求；构件的零部件形状不正确，而强行装配；焊件在焊接时位置搁置不当；焊接顺序及方向不当，造成整体焊缝在纵向和横向的应力和变形。

图5-9焊接螺旋变形

上述几种类型的变形，焊接结构生产中往往并不是单独出现的，而是同时出现，互相影响的。

二、焊接变形的危害

焊接变形是焊接结构生产中经常出现的问题，焊接变形对设备制造和使用有以下几方面危害：

1．增加制造成本，浪费工时。

在生产中为了保证焊后需要进行机加工的工件尺寸，片面多放余量，加大毛坯的尺寸，这样增加了材料消耗和机械加工工时。

有时工件出现了变形，就需要花许多工时去矫正，比较复杂的变形，矫正的工作量比焊接工作还要大，有时变形大，甚至造成废品。

2．降低产品质量和性能

部件在焊接组装时产生变形，使整个装配质量降低。

例如，园形压力容器由于各段的椭圆问题，在组装环缝将出现错边，这种错边，在外载的作用下产生应力集中，附加应力，安全系数降低，为了减少错边，在安装时进行矫形或强制装配，将使材料塑性降低或内应力增加，这些都使产品质量降低。

当然，焊接变形也使产品外形不美观，产品的承载能力降低等。

三、焊接残余变形的预测计算

1．经验公式预计法

焊接过程是一个复杂的热弹塑性过程，焊接应力和变形将受到焊接工艺，拘束条件，焊接构件的尺寸等诸多因素的影响，人们根据工作经验及大量的实验总结出了各种不同条件下计算焊接变形的近似计算公式，比如对于横向收缩，由于其产生的过程比较复杂，因此有许多关于横向收缩变形的经验公式。

2．解析法

焊接不均匀温度场造成的内应力达到材料的屈服极限，使局部区域产生塑性变形，当温度恢复到原始的均匀状态后，就产生残余应力及变形，利用热传导理论，热弹塑性理论，材料力学对一些简单结构的焊接变形进行理论分析得到了大量有关焊接变形和焊接应力的解析解，在这些预计焊接变形的解析方法中，往往有许多假设，如构件平截面的假定，单轴应力的假定，线热源面热源假定。

对于金属性能如温度膨胀系数，导热系数，屈服极限σs与温度的关系，也进行了各种简化假设。

用解析法预计纵向焊接变形，横向焊接变形，结构总变形等。

3．有限元方法

有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的数值方法，是工程方法和数学方法相结合的产物，可以求解许多过去用解析方法无法求解的问题，有限元法的发展借助于两个重要工具，在理论上采用矩阵方法，在实际计算中采用了计算机，其基础是结构离散和分布插值。

有限元方法一经提出，便获得了迅速的发展，由弹性力学平面问题扩展到空间问题和板壳问题，由平衡问题扩展到稳定问题和动力问题，由弹性问题扩展到弹塑性、粘弹性、热弹塑性问题，由固体力学扩展到流体力学、渗流、温度场、电场及其他场。

随着计算机向高参数，大容量的扩展以及有限元技术的发展，给焊接温度场、动态初应变过程及其随后产生的残余应力和残余变形的数值分析提供了广阔的前景，由于焊接过程是一个极其复杂的热弹塑性力学过程，材料的物理力学参数是温度的函数，其温度场，应力及应变之间的关系是非线性关系，必须用非线性理论进行分析计算，国内外许多学者对焊接热弹塑性有限元进行了大量研究。

4．固有应变法

焊接残余应力和变形产生根源是由局部高温产生塑性变形，将高温产生的压缩塑性应变作为一个参数。

找出塑性应变和残余应力的关系，借助有限元法，来分析焊接残余应力及变形。

这种压缩塑性应变称固有应变，对于焊接来说，固有应变是塑性应变，温度应变和相变应变作用的结果，焊接构件经过一次焊接热循环后，温度应变为零，固有应变就是塑性应变与相变应变残余量之和，由于压缩塑性变形和相变都发生在焊缝及近焊缝区，因此，认为固有应变仅存在于焊缝及其附近。

固有应变是产生焊接应力与变形的根源。

5．相似分析法

对于一些大型复杂焊接结构为了分析焊接组装所产生的残余应力及变形规律，往往采用缩小的模型进行实验，相反，对于一些几何尺寸很小的焊接结构，则要采用放大的模型分析其物理现象，跟数值模拟一样，这种物理模型可预计结构的焊接变形。

四、焊接变形的测量

1．焊接过程中的测量

由前述明显可知，为了克服计算上的困难，理论模型和数值求解均包含了很大程度的简化，其方法只是使主要特征近似。

因而，重要的是要通过实验来检查所做的简化，检查数学求解反映实际的程度。

在很多情况下，由于要求的时间短，人们也更情愿进行试验测量而不采用计算，虽然这样获得的结果的推广价值和普遍意义较低。

要求测量的主要是在焊接接头的高温区，这是焊接时产生最大应变的部位。

高温区各点相对构件冷区或甚至构件外部参考点位移的测量已得到解决，并在各不同场合得到应用。

图5.15给出了焊缝横向和纵向位移的测量情况，以及与平板和圆筒垂直的竖向位移的测量情况（内环随测量仪器转动）。

测量仪器可以是机械的，光学的、电感的、电容的，或基于电阻作用等。

图5-10焊接过程中变形的测量

2．焊接后的测量

实际上常采用长度和角度测量技术，不需要任何与焊接相关的特殊匹配，即可测量焊后冷却状态的变形，如图5-11给出了应用的实例。

采用卷尺很容易确定横向和纵向收缩。

对弯曲和角收缩的测量，可在测量板上用拉线的方法进行（由于线的下垂，测量要在水平面上进行），或对构件采用直角尺测量（如图5-11a，5-11b，5-11c）。

还可以连续测量挠度，以确定弯曲和角变形后构件的轮廓（如图5-11d，5-11e）。

对于竖直延伸的构件，如柱，支座，缶壁，可用吊垂线的办法测量倾斜和偏差，吊线的重物要浸入液体中，以防止摆动。

图5-11焊后变形的测量

第三节焊接残余应力

一、焊接残余应力的分布

在厚度不大（δ＜15～20mm）的常规焊接结构中，残余应力基本上是双轴的，厚度方向上的应力很小。

只有在大厚度的焊接结构中，厚度方向的应力才比较大。

为了便于分析，我们把焊缝方向的应力称为纵向应力，用σx表示。

垂直于焊缝方向的应力称为横向应力，用σy来表示。

厚度方向的应力，用σz来表示。

1．纵向残余应力σx

低碳钢、普通低合金钢和奥氏体钢焊接结构中，焊缝及其附近的压缩塑性变形区内的σx为拉应力，其数值一般达到材料的屈服点（焊件尺寸过小时除外）。

图5-12为长板对焊后横截面上σx的分布。

图5-12长板对焊后横截面上σx的分布

圆筒环焊缝所引起的纵向（圆筒的切向）应力的分布规律与平板直缝有所不同。

其数值取决于圆筒直径、厚度以及焊接压缩塑性变形区的宽度,环缝上的σx随圆筒直径的增大而增加，随塑性变形区的扩大而降低。

直径增大，σx的分布逐渐与焊接平板接近，如图5-13。

图5-13圆筒环缝的纵向应力分布

2．横向（垂直焊缝方向）残余应力σy

σy由焊缝及其附近塑性变形区的纵向收缩所引起的σy′和焊缝及其附近塑性变形区横向收缩的不同时性所引起的σy〞合成。

平板对接时，焊缝中心截面上的σy′在两端为压应力，中间为拉应力。

σy′的数值与板的尺寸有关。

σy〞的分布与焊接方向和顺序有关，如图5-14，图中箭头为焊接方向，σy为σy′及σy〞两者的综合。

图5.20为两块25×910×1000板焊接后的σy分布。

自动焊与手工直通焊的σy分布基本相同。

分段焊法的σy有多次正负反复，拉应力峰值往往高于直通焊。

图5-14不同焊接方向的σy〞分布

图5-15平板对接的σy分布

3．厚度方向残余应力σz

厚板焊接接头中除纵向和横向残余应力外，还存在较大的厚度方向残余应力σz。

它们在厚度上的分布不均匀，分布状况与焊接工艺方法密切相关。

图5-16为80mm低碳钢厚板V形坡口多层焊焊缝残余应力的分布。

σy在焊缝根部大大超过屈服点。

这是由于每焊一层，产生一次角变形，在根部多次拉伸塑性变形的积累造成应变硬化，使应力不断上升所致。

严重时，甚至因塑性耗竭导致焊缝根部开裂。

如果焊接时，限制焊缝的角变形，则根部可能出现压应力。

σy的平均值与测量点在焊缝长度上的位置有关，但其表面大于中心的分布趋势是相似的。

图5-16厚度方向残余应力分布

4．拘束状态下焊接残余应力（简单讲）

在生产中往往会遇到这种情况，构件是在受拘束的情况下焊接的。

如图5-11中的一个金属框架，它的中心构件上有一条对接焊缝，这条焊缝的横向收缩受到框架的限制，在框架中心部分引起拉应力σf，这种应力并不在该截面中平衡，而平衡于整个框架截面上，这种应力称为反作用内应力。

除此以外，这条焊缝还引起与自由状态下焊接相似的横向内应力σy。

焊接接头的实际横向内应力应该是这两项内应力的综合。

图5-17拘束状态下焊接残余应力

5．封闭焊缝所引起残余应力

在容器、船舶等板壳结构中，经常会遇到如图5-18所示的焊接接管、人孔接头和镶块之类的情况。

这些环绕着接管，镶块等的焊缝构成一个封闭回路，称之为封闭焊缝。

封闭焊缝是在较大拘束下焊接的，因此内应力比自由状态时大。

图5-18封闭焊缝实例

图5-19a所示为一个直径为1m，厚度为2mm的圆盘，在其中心开孔焊接直径为300mm的镶块，44其焊缝的残余应力分布情况如图5-19b所示。

σθ为切向应力，σr为径向应力。

图5-19封闭焊缝的应力

a）封闭焊缝b）径向应力σr和环向应力σo的分布

二、焊接残余应力的影响

1．焊接残余应力对机械加工精度的影响

机械切削加工把一部分材料从工件上切去，如果工作中存在着残余应力，那么把一部分材料切去的同时，把原先在那里的残余应力也一起去掉，从而破坏了原来工件中内应力的平衡，使工件产生变形。

加工精度也就受到了影响。

例如在焊接丁字形零件上，如图5-20a,加工一个平面，会引起工件的挠曲变形。

但这种变形由于工件在加工过程中受到夹持，不能充分地表现出来，只有在加工完毕后松开夹具时变形才能充分地表现出来。

这样，它就破坏了已加工平面的精度。

又例如焊接齿轮箱的轴孔,如图5-20b，加工第二个轴孔所引起的变形将影响第一个已加工过的轴孔的精度。

图5-20残余应力对加工精度的影响

保证加工精度的最彻底的办法是先消除焊接内应力然后再进行机械加工。

焊接应力在长期存放过程中随时间变化而破坏已经加工完毕的工件尺寸的精度。

故为了保证构件尺寸的高精度，焊后必须进行热处理。

低碳钢焊后虽具有比较稳定的组织，尺寸稳定性相对来说比较高，但长期存放中因蠕变和应力松弛，尺寸仍然有少量变化，因此对精度要求高的构件仍应先做消除应力处理。

然后再进行机械加工。

2．对脆性断裂的影响

“脆性断裂”一词是指具有尖锐缺口或承受焊接残余应力的试样与构件在无变形或小变形情况下发生的断裂。

在一定条件下，构件承受远低于屈服极限的名义负载应力时也可能发生这类断裂（“低应力断裂”）。

产生脆性断裂所必需的应力条件是具有足够高应力与足够大作用范围的三维拉应力状态。

这种应力状态可出现在裂纹与尖锐缺口处；在焊接冷却之后，以焊接残余应力的形式出现。

能促使脆性断裂的材料显微组织状况有粗晶粒、淬硬、时效及含有扩散氢，它们特别可能出现在焊接接头的热影响区中，从而在该区中的焊接残余应力的共同作用之下增大发生脆性断裂的危险。

焊缝纵向应力（对于环焊缝来说便应是周向应力）是特别有害的，它们会使本已因残余应力与负载应力的重新分布而（最差情况下）受到横裂纹预先损伤的淬硬区产生超限应力。

减小发生脆性断裂危险的设计、选材和工艺措施不少，其中减少焊接残余应力并因此而降低构件的转变温度便是一重要措施。

相比之下，焊接变形对于脆性断裂的发生并无多大影响。

3．对疲劳断裂的影响

“疲劳”一词是指构件在循环载荷作用下，在其塑性变形区内萌生裂纹、继而稳定扩展且最终失稳断裂这一现象。

构件的疲劳强度主要取决于缺口处与横截面骤变处的应力集中情况和循环应力的幅值或范围等决定性因素，而静载平均应力或预应力的影响次之。

静载平均应力或预应力可能因外载或残余应力引起。

并且同样会在缺口处与横截面骤变处增大。

由外载产生的平均应力通常保持与载荷循环数无关，但残余应力却可能会因构件的一次性过载、循环载荷本身、蠕变与松弛以及裂纹形成等而变化。

一般来说，残余拉应力不利于疲劳强度。

4．对腐蚀与磨损影响

腐蚀是在环境介质作用下构件表面上发生的导致原有材料表面剥蚀或开裂的破坏性化学反应或电解反应。

构件表面中若存在较高的拉应力，便可能引发应力腐蚀开裂，且开裂还会因氢扩散而加剧。

因此，若有可能发生应力腐蚀开裂，则构件表面中的焊接残余拉应力便极具破坏性。

这种情况下便应设法将其消除或转变成残余压应力。

磨损是构件表面的不良机械性磨耗，表现为材料表面的细小粒状剥落或残余变形。

材料表面中的拉应力会加剧磨损，因此可能发生磨损的表面应设法消除其焊接残余拉应力。

5．对杆件稳定性影响

几何形状不稳定性指杆、梁、板、壳等在低于屈服极限的名义负载应力作用下可能发生的弹性或弹塑性屈曲，即杆的弯曲、梁的扭转弯曲、板和壳的压曲与压曲后行为等。

对于金属薄板来说，单由焊接残余应力便可能引发不稳定性。

对于厚板以及杆、梁等，焊接残余应力会影响其临界载荷水平。

焊接构件的稳定性极限主要靠采用设计措施来提高。

此外，保证构件具有足够的制造精度也十分重要。

特殊情况下设法降低残余应力也可能具有一定作用。

三、焊接残余应力测量

1．破坏性残余应力测量

破坏性残余应力测量方法也称应力释放法，该方法应用最广主要有：

切条法、套孔法、小孔法、逐层铣削法。

（1）切条法

将需要测定残余应力的构件先划分成几个区域，在各区的待测点上贴上应变片，然后测定它们的原始读数。

然后在各测点间切出几个梳状切口，使内应力得以释放。

再测出释放应力后各应变片的读数，求出应变量。

（2）套孔法

本法采用套料钻孔加工环形孔来释放应力。

如果在环孔内部预先贴上应变片或加工标距孔，则可测出释放后的应变量算出内应力。

（3）小孔法

本法的原理是这样的，在应力场中钻一小孔，应力的平衡受到破坏，则钻孔周围的应力将重新调整。

测得孔附近的应变变化，就可以用弹性力学来推算出小孔处的应力。

（4）逐层铣削法

当具有内应力的物体被铣削一层后，则该物体将产生一定的变形。

根据变形量的大小，可以推算出被铣削层内的应力。

这样逐层往下铣削，每铣削一层，测一次变形，根据每次铣削所得的变形差值，就可以算出各层在铣削前的内应力。

2．非破坏性残余应力测量

（1）X射线法

残余应力或应变的非破坏性测量，可采用X射线法。

X射线对晶体晶格衍射并产生干涉现象，因而可求出晶格的面间距，根据面间距的改变以及和无应力状态的比较，可确定加载应力或残余应力。

X射线残余应力测量的主要优点是无损的，在焊接接头上应用的关键是表面测量要有最大可能的局部分辨率，特别是直接在焊缝附近的测量。

（2）中子衍射法

最近发展起来的另一个无损应力应变测量技术是中子衍射方法。

中子是由原子核散射的，因此中子的穿透深度比X射线大得多，能测量构件内部的应力应变。

（3）电磁测量法

本法是利用磁致伸缩效应来测定应力，铁磁物质的特点是：

外加磁场强度发生变化时，物体将伸长或缩短。

用一传感器与物体接触，形成一闭合磁路，当应力变化时，由于物体的伸缩引起磁路中磁通变化，并使传感器线圈的感应电流发生变化，由此可测出应力变化。

（4）超声波测量法

声弹性研究表明，没有应力作用时超声波在各向同性的弹性体内的，传播速度的差异与主应力的大小有关。

因此，如果能分别测得无应力和有应力作用时弹性体内横波和纵波传播速度的变化，就可以解得主应力。

本法测定焊接残余应力，不但是无损的，而且有可能用来测定三维的空间残余应力。

另外，还有通过测量硬度来了解残余应力相关信息等，拉应力使硬度成比例降低；还有利用激光散斑及小孔组合测量应力，该法利用小孔应力释放，激光散斑测量应变，最后得到残余应力，优点是小孔较小对结构影响小，能得到多个方向的应力及主应力。

第四节减小焊接残余变形及应力的措施

一、预防控制焊接变形的措施

焊接残余变形可以从设计和工艺两方面解决。

设计上如果考虑得比较周到，注意减少焊接变形，往往比单纯从工艺上来解决问题方便得多。

为了减少焊接应力和变形，在构件的设计和工艺的制定中，设计人员和工艺人员应考虑减少焊接应力和变形。

1．设计措施

（1）选用合理的焊缝尺寸和形状，在保证结构前度的前提下，应尽可能做到：

1）焊缝长度尽可能短；

2）板厚尽可能最小；

3）焊脚尽可能小。

（2）尽可能减少焊缝数量，主要从以下考虑：

1）断续焊缝优先采用；

2）尽量少采用焊接结构；

3）复杂结构最好采用分部件组合焊。

（3）合理安排焊缝位置：

1）焊缝对称于构件截面的中性轴；

2）尽量避免焊缝密集与交叉。

（4）结构选材的合理性：

1）选用的材料应在相应的设计和制造情况下适于