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焊接残余应力对构架疲劳强度的影响
摘要
随着焊接技术的广泛应用，焊接残余应力对构架疲劳强度的影响引起了越来越多的关注。本文通过综述现有文献，分析了焊接残余应力形成原因及其对构架疲劳强度影响的机理，进而探讨了一些降低焊接残余应力的方法，并提出了对未来研究的展望。
关键词：焊接残余应力；构架疲劳强度；降低方法
引言
焊接是连接两个或两个以上金属材料的方法之一，广泛应用于航空，汽车，机械制造以及日用品等领域。焊接工艺可以提供高强度、高效率的连接方式，但同时也会导致残余应力的产生。焊接残余应力是由于在焊接过程中，被加热的区域在冷却时发生体积收缩而产生的应力，这些应力由于构件的原有应力和外部加载（如重复载荷）而引起了各种损害。因此，了解焊接残余应力对构架疲劳强度的影响是非常关键的。
本文将探讨焊接残余应力对构架疲劳强度的影响及其降低方法。
焊接残余应力的形成原因
焊接残余应力的形成机理相对复杂。总的来说，主要是由于被加热区域和整个构件的材料性质不同，使其冷却速度也不同，因此在焊点附近会出现应力集中的现象。这种应力集中会导致对远离焊点的构件产生变形，同时焊接时的物理变化导致产生残余应力。
此外，在焊接时使用的焊接材料的伸缩变化也会引起残余应力。在加热期间，焊接区域的热胀冷缩会造成构件的形变，包括几何形状和孔的尺寸变化。而在冷却时，该区域的材料会缩回到原来的形态，但残留的应力会一直保留到结构整个生命周期的结束。最后，除了这些因素外，由于体积的纵向扩散和横向压缩也会导致应力集中。
焊接残余应力对构架疲劳强度的影响
焊接残余应力对构架疲劳强度的影响非常重要。它们对构架中的关键部件，例如连接器和支撑结构的开始寿命、失效模式和若干其他方面的影响是至关重要的。焊接残余应力的存在会导致结构中应力的集中，从而增加零部件的损坏风险，降低结构的疲劳寿命。
实例一：焊接裂纹
（出自Rutkowski和Mayerhofer[1]的研究）
在一般情况下，高应力状态下的金属材料会渐进性地发生桥粘破损。但是，由于残余应力，桥接被强制进行互连。这导致焊接区的裂纹无法扩展。然而，一旦外部加载将应力升高到一定程度，裂纹终究会扩大。
实例二：实验研究
（出自Fazzolarietal.[2]的研究）
本实验研究焊接结构中的残余应力对其疲劳强度的影响。作者使用不同的焊接工艺（如电弧焊和激光焊）制备焊接迷宫。结果发现，焊接较强的应力会大大降低疲劳强度，这表明残余应力对结构可靠性起着很大影响。
降低焊接残余应力的方法
在广泛应用焊接技术的同时，降低焊接残余应力是十分重要的。我们可以考虑以下两个方面：
（一）优化焊接工艺
合理的焊接参数的选择和施工技术会对残余应力产生显著影响。例如控制焊接温度、焊接电流和焊接速度，可以减少热影响区域的大小、减少焊接时的变形，从而减少残余应力的大小。
（二）使用合适的设计和材料
本身就具备良好防护和耐用性的结构被证明是降低焊接残余应力的另一个途径。包括但不限于：使用高强度的材料、探测到焊缝的初始应力，合适地设计结构以减少应力集中度。
结论
焊接残余应力对构架疲劳强度的影响是非常重要的，已经受到广泛关注。尽管做出实际预测仍然有困难，在焊接工艺、结构设计和材料选择等方面采取必要的措施来降低残余应力是非常重要的。进一步的研究可能会致力于深入探索焊接残余应力的产生机制，发展更有效的处理技术，以及探索其对工程系统以及对新型焊接技术的应用的潜在影响。
参考文献
[1]Rutkowski,W.,&Mayerhofer,T.G.(2016).Finiteelementmodelingofresidualstressesinducedbylaserbeamweldingofsteelplate.JournalofMaterialsProcessingTechnology,231,244-256.
[2]Fazzolari,F.A.,Zhu,J.,&Pierron,F.(2016).Impactofresidualstressesonthefatiguebehavioroflaserwelded-t-joints.Journalofconstructionalsteelresearch,126,78-89.