屈服强度与焊接控制 |
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屈服强度(yield strength)是材料屈服的临界应力值。对于屈服现象明显的材料,屈服强度就是在屈服点在应力(屈服值);对于屈服现象不明显的材料,与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值(通常为0.2%的永久形变)时的应力。通常用作固体材料力学机械性能的评价指标,是材料的实际使用极限。因为材料屈服后产生颈缩,应变增大,使材料失去了原有功能。 工程上常用的屈服标准有三种: (1)比例极限 应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力,国际上常采用σp表示,超过σp时即认为材料开始屈服。 (2)弹性极限 试样加载后再卸载,以不出现残留的永久变形为标准,材料能够完全弹性恢复的最高应力。国际上通常以σel表示。应力超过σel时即认为材料开始屈服。 (3)屈服强度 以规定发生一定的残留变形为标准,如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度,符号为σ0.2或σys。 ![]() 材料的变形分为弹性变形(外力撤销可以恢复原来形状)和塑性变形(外力撤销不能恢复原来形状,形状发生变化)当应力超过弹性极限后,变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形。当应力达到B点后,塑性应变急剧增加,曲线出现一个波动的小平台,这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定,因此以它作为材料抗力的指标,称为屈服点或屈服强度(σs或σ0.2)。 a.屈服点yield point(σs) 试样在试验过程中力不增加(保持恒定)仍能继续伸长(变形)时的应力。 b.上屈服点upper yield point(σsu) 试样发生屈服而力首次下降前的最大应力。 c.下屈服点lower yield point(σsL) 当不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力。 (1)对于屈服现象明显的材料,屈服强度就是屈服点的应力(屈服值); (2)对于屈服现象不明显的材料,与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值(通常为0.2%的原始标距)时的应力。通常用作固体材料力学机械性质的评价指标,是材料的实际使用极限。因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩,应变增大,使材料破坏,不能正常使用。 有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象,通常以发生微量的塑性变形(0.2%)时的应力作为该钢材的屈服强度,称为条件屈服强度(yield strength)。 ![]() ![]() 换算关系为:许用应力=屈服强度/安全系数 拉压试验多用屈服强度和抗拉强度与温度有很大关系,一般温度升高,材料强度降低。 ![]() 二.金属材料屈服强度及其影响因素 屈服强度通常用作固体材料力学机械性质的评价指标,是材料的实际使用极限。影响屈服强度的内在因素有:1.金属本性及晶格类型纯金属单晶体的屈服强度由位错运动时所受的阻力决定。这些阻力有晶格阻力和位错间交互作用产生的阻力之分。其中晶格力与位错宽度和柏氏矢量有关,而两者又与晶体结构有关。位错间交互产生的阻力包括平行位错间交互产生的阻力和运动位错与林位错交互产生的阻力。2.晶粒大小和亚结构晶粒大小的影响是晶界影响的反映,减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目,减小晶粒内位错塞积群的长度,将使屈服强度提高。3.溶质元素纯金属中融入溶质原子形成间隙型或置换型固溶合金将会显著提高屈服强度,此即为固溶强化。4.第二相工程上的金属材料,其显微组织一般是多相的。第二相对屈服强度的影响与质点本身在金属材料屈服变形过程中能否变形有很大关系。据此可将第二相质点分为不可变形和可变形的两类。根据位错理论,位错线只能绕过不可变形的第二相质点,为此,必须克服弯曲位错的线张力。不可变形第二相质点的金属材料,其屈服强度与流变应力就决定于第二相质点之间的间距。对于可变形的第二相质点,位错可以切过,使之同基体一起变形,由此也能提高屈服强度。影响屈服强度的外在因素有: 1.温度 一般升高温度金属材料的屈服强度降低,但是,金属材料晶体结构不同,其变化趋势也不一样。比如,bcc金属的屈服强度具有强烈的温度效应。2.应变速率拉伸时,加载速度增大,应变速率增大,金属材料的强度将会增加。3.应力状态应力状态对金属材料屈服强度的影响也很重要。切应力分量愈大,愈有利于材料的塑性变形,屈服强度就越低,所以扭转比拉伸的屈服强度低,拉伸要比弯曲的屈服强度低,同应力状态下材料屈服强度不同,并非是材料性质变化,而是材料在不同条件下表现的力学行为不同而已。三.屈服强度的工程意义 在工程设计中,屈服强度是一个重要的参数,用于评估材料的强度和稳定性。屈服强度标准值是根据材料的特性和实验数据确定的,而设计值是根据工程需求和安全系数确定的。1.屈服强度标准值的确定屈服强度是材料在受力过程中,开始发生塑性变形的临界点。在材料的应力-应变曲线中,屈服强度通常对应着一定的应变值。根据国际标准和相关规范,钢材的屈服强度标准值一般是指其0.2%偏移屈服强度。这个数值是通过大量试验得出的统计平均值,代表了材料在正常条件下的强度水平。2.设计值的确定设计值是指在工程设计中,为了满足预定的安全要求,将屈服强度标准值乘以一个安全系数得出的数值。安全系数是根据工程的特殊情况和风险评估确定的,用于考虑材料的不均匀性、载荷的不确定性、结构的可靠性等因素。设计值的确定是为了保证工程结构在使用寿命内不发生失效和破坏。3.屈服强度标准值和设计值的关系屈服强度标准值和设计值之间的关系可以用以下公式表示:设计值 = 屈服强度标准值 × 安全系数安全系数通常是一个大于1的数值,它代表了设计工程中对于材料强度的保守估计。通过调整安全系数的大小,可以控制设计值的大小,以满足工程的安全要求。当安全系数较大时,设计值会相应减小,结构的强度和稳定性得到了更高的保证。而当安全系数较小时,设计值会相应增大,结构的经济性和轻量化设计得到了更多的考虑。在工程设计中,根据不同的工程要求和材料特性,可以选择不同的屈服强度标准值和安全系数。对于一些对强度要求较高的工程,如桥梁、高层建筑等,通常会选择较高的屈服强度标准值和较大的安全系数,以确保结构的安全性。而对于一些对成本和重量要求较敏感的工程,如汽车、航空器等,可以选择较低的屈服强度标准值和较小的安全系数,以实现轻量化和节约成本的设计。 四.屈服强度不合格原因 屈服强度不合格的原因可能按照制造过程以及材料质量方面来分析。 1、制造过程中出现的问题: (1)金属材料热处理过程中,受温度和时间控制不合理; (2)机加工设备不精确,出现问题,影响零件密度和质量; (3)焊接过程不规范,缝隙容易产生或收缩,影响屈服强度; (4)材料没有可靠的后处理,无法确保尺寸精度和表面质量。 2、材料质量原因: (1)金属材料的含量不够或老化; (2)焊接材料的定性不佳,使用性能不理想; (3)设计结构不合理,使零件失去正常的刚度和强度,影响屈服强度; (4)未经过正确的端面处理,缺少抗疲劳性能,造成构件不稳定。 五.影响焊接屈服强度的因素1. 材料选择焊接接头的材料选择对屈服强度有重要影响。不同材料的化学成分、晶体结构和热处理状态都会影响焊接接头的性能。通常情况下,焊接材料的屈服强度应与母材相近,以确保焊接接头的整体性能。 2. 焊接参数焊接参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度等。这些参数的选择将直接影响焊接接头的屈服强度。过高或过低的焊接电流和电压都会导致焊接接头的屈服强度降低。 3. 焊接工艺焊接工艺的选择和实施也对焊接接头的屈服强度起着关键作用。不同的焊接工艺会产生不同的热输入和冷却速率,从而影响焊接接头的微观组织和力学性能。注:1. 本文参考部分百度照片和文库文献。 如有侵权,请联系本公众号删除,谢谢! |
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