[科普中国]-横向应力变形

横向应力变形是指变形方向垂直于焊缝轴线的应力，称为横向应力。焊后产生的横向变形主要是横向缩短，其原因是不均匀加热以及钢板重量等因素，使焊缝及母材的受热部分，不能自由膨胀和收缩，导致焊后产生横向缩短。1

简介物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，单位面积上的内力称为应力。应力是矢量，沿截面法向的分量称为正应力，沿切向的分量称为切应力。

物体中一点在所有可能方向上的应力称为该点的应力状态。但过一点可作无数个平面，是否要用无数个平面上的应力才能描述点的应力状态呢？通过下面的分析可知，只需用过一点的任意一组相互垂直的三个平面上的应力就可代表点的应力状态，而其它截面上的应力都可用这组应力及其与需考察的截面的方位关系来表示。

塑性变形塑性变形是一种不可自行恢复的变形。工程材料及构件受载超过弹性变形范围之后将发生永久的变形，即卸除载荷后将出现不可恢复的变形，或称残余变形，这就是塑性变形。不是任何工程材料都具有塑性变形的能力。金属、塑料等都具有不同程度的塑性变形能力，故可称为塑性材料。玻璃、陶瓷、石墨等脆性材料则无塑性变形能力。工程构件设计吋一般不允许出现明显的塑性变形，否则构件将不能维持原先的形状甚至发生断裂。

材料在外力作用下产生形变，而在外力去除后，弹性变形部分消失，不能恢复而保留下来的的那部分变形即为塑性变形 。

材料在外力作用下产生应力和应变（即变形）。当应力未超过材料的弹性极限时，产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状，这种变形是可逆的弹性变形。当应力超过材料的弹性极限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是不可逆的塑性变形。在锻压、轧制、拔制等加工过程中，产生的弹性变形比塑性变形要小得多，通常忽略不计。这类利用塑性变形而使材料成形的加工方法，统称为塑性加工。

相关研究随焊旋转挤压(WTRE)控制铝合金薄板焊件残余应力变形及防止热裂纹新方法。通过一特定形状的挤压头对电弧后方的焊缝区金属进行旋转挤压，其所产生的塑性延展能够降低焊缝区的纵向残余拉应力水平，从而起到减小甚至消除焊接残余变形的作用2。

该方法还能有效抑制铝合金焊接热裂纹的产生和扩展，从而为解决高强铝合金薄板焊件的大变形和高热裂问题提供了一种行之有效的新工艺。根据随焊旋转挤压工作原理，搭建了WTRE装置设计框图，并研制出能很好满足试验要求的WTRE装置。

采用三维弹塑性有限元法对2A12T4铝合金薄板常规焊件和WTRE焊件的焊接应力和变形进行了模拟，并揭示了随焊旋转挤压控制焊接残余变形的机理：挤压头对焊缝区金属的塑性延展能够减小该区域中的纵向残余拉应力，根据内应力平衡原则，WTRE焊件的纵向平均压应力值也被降低，当其低于板件的临界失稳应力时，就能消除焊接失稳变形3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所