焊接結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)ppt課件

1、 鋼構(gòu)造中焊接剩余應(yīng)力鋼構(gòu)造中焊接剩余應(yīng)力測試實(shí)驗(yàn)測試實(shí)驗(yàn) 1 緒論緒論 隨著消費(fèi)的開展和科學(xué)技術(shù)的提高，焊接技術(shù)曾經(jīng)廣泛運(yùn)用于橋梁、建筑等各個領(lǐng)域，對國民經(jīng)濟(jì)的開展起著極其重要的作用。焊接時，由于高度集中的瞬時熱輸入，構(gòu)件焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接剩余應(yīng)力和變形，這將對焊接接頭的各種力學(xué)性能產(chǎn)生不同程度的影響。因此，對焊接剩余應(yīng)力的測試，對焊接剩余應(yīng)力的分布規(guī)律的研討具有非常重要的實(shí)際意義和現(xiàn)實(shí)意義。 1.1 焊接剩余應(yīng)力對焊接構(gòu)造的影響焊接剩余應(yīng)力對焊接構(gòu)造的影響1、對構(gòu)造強(qiáng)度的影響、對構(gòu)造強(qiáng)度的影響2、對構(gòu)造加工尺寸的影響、對構(gòu)造加工尺寸的影響3、對壓桿穩(wěn)定性的影響、對壓桿穩(wěn)定性的影響4、對

2、應(yīng)力腐蝕的影響、對應(yīng)力腐蝕的影響1.2調(diào)整和減小焊接剩余應(yīng)力的方法調(diào)整和減小焊接剩余應(yīng)力的方法1焊前減小焊接剩余應(yīng)力和改善剩余應(yīng)力的分布可以焊前減小焊接剩余應(yīng)力和改善剩余應(yīng)力的分布可以從兩個方面來處理：從兩個方面來處理：設(shè)計(jì)上：盡量減小焊縫的截面尺寸設(shè)計(jì)上：盡量減小焊縫的截面尺寸 、將焊縫盡量布置在、將焊縫盡量布置在最大任務(wù)應(yīng)力區(qū)之外最大任務(wù)應(yīng)力區(qū)之外 、盡量防止焊縫密集和焊縫交、盡量防止焊縫密集和焊縫交叉叉 、部分降低剛度、采用合理的接頭方式、部分降低剛度、采用合理的接頭方式 。工藝上：合理的選擇裝配焊接順序、部分加熱法減小應(yīng)工藝上：合理的選擇裝配焊接順序、部分加熱法減小應(yīng)力力 、錘擊法減小

3、焊接剩余應(yīng)力等、錘擊法減小焊接剩余應(yīng)力等 。2焊后焊接剩余應(yīng)力調(diào)整和松弛的方法主要分熱處置焊后焊接剩余應(yīng)力調(diào)整和松弛的方法主要分熱處置法和加載法兩類。法和加載法兩類。 加載法又分為拉伸法加載法又分為拉伸法 、溫差拉伸法和振動法三種。、溫差拉伸法和振動法三種。1.3 焊接剩余應(yīng)力測試的主要方法焊接剩余應(yīng)力測試的主要方法1.2.X破壞或局部破壞性方法（裁條法、鉆孔法等）非破壞測試方法（如 射線衍射法、超聲波法）121.345122.34X（）裁條法（ ）小孔法 機(jī)械方法（ ）盲孔法 （ ）套孔法（ ）逐層銑削法（） 射線衍射法 （ ）超聲波法物理方法（ ）磁性法（ ）密柵云紋法#按構(gòu)造能否破壞分為

4、：按構(gòu)造能否破壞分為：也可分為也可分為 圖圖1-11-1表示一塊鉆有小孔的鋼板，在鋼板的應(yīng)力場中鉆表示一塊鉆有小孔的鋼板，在鋼板的應(yīng)力場中鉆出一個小孔后，應(yīng)力場原來的平衡形狀將遭到破壞，使小孔出一個小孔后，應(yīng)力場原來的平衡形狀將遭到破壞，使小孔周圍的應(yīng)力分布發(fā)生改動，應(yīng)力場產(chǎn)生新的平衡。假設(shè)測得周圍的應(yīng)力分布發(fā)生改動，應(yīng)力場產(chǎn)生新的平衡。假設(shè)測得鉆孔前、后小孔附近應(yīng)變量的差值，就可以根據(jù)彈性力學(xué)實(shí)鉆孔前、后小孔附近應(yīng)變量的差值，就可以根據(jù)彈性力學(xué)實(shí)際推算出小孔處的內(nèi)應(yīng)力。際推算出小孔處的內(nèi)應(yīng)力。 為了測得這種應(yīng)變量的變化，在離小孔中心一定部位處為了測得這種應(yīng)變量的變化，在離小孔中心一定部位處貼

5、上應(yīng)變片，且各應(yīng)變片間堅(jiān)持一定角度圖貼上應(yīng)變片，且各應(yīng)變片間堅(jiān)持一定角度圖1-11-1。分別。分別測出鉆孔前、后各應(yīng)變片的應(yīng)變值。便可按下式算出主應(yīng)力測出鉆孔前、后各應(yīng)變片的應(yīng)變值。便可按下式算出主應(yīng)力的大小和方向。的大小和方向。r1r2DRRC片B片A片45 451.4 小孔法丈量焊接剩余應(yīng)力的根本原理)cos(sin2)cos()sin(1ABBABABA)cos(sin2)sin()cos(2ABBABAABErrRA21221 14)1 (222212221212212rrrrEBrrRrrR)2(21CACABtg式中1、2主應(yīng)力；A、B、C 分別為電阻應(yīng)變片A、B及C的應(yīng)變量差值；

6、主應(yīng)力與第一個應(yīng)變片軸線的夾角；R為孔半徑；r1、r2應(yīng)變片兩端與孔中心的間隔；E、彈性模量、泊松比 。2 小孔法丈量焊接剩余應(yīng)力小孔法丈量焊接剩余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)縱向剩余應(yīng)力縱向剩余應(yīng)力X X：指應(yīng)力作用方向與焊縫平行的剩余應(yīng)力。：指應(yīng)力作用方向與焊縫平行的剩余應(yīng)力。 X 在整條焊縫上的分布：在整條焊縫上的分布：橫向剩余應(yīng)力橫向剩余應(yīng)力 橫向剩余應(yīng)力橫向剩余應(yīng)力 ：垂直于焊縫的應(yīng)力。：垂直于焊縫的應(yīng)力。yy2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備1試樣：普通低碳鋼，見圖2-1。2.2 實(shí)驗(yàn)過程打磨平焊縫并貼好應(yīng)變片的鋼板2焊接設(shè)備及丈量設(shè)備埋弧焊機(jī)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀3其他設(shè)備其他設(shè)備 除用到以上設(shè)備外，另外還用到型號

7、為Z4116的臺式鉆床、鐵紗布、丙酮、膠水、絕緣膠帶、導(dǎo)線、焊錫工具、直徑為3mm的鉆頭、美工刀等。 2.2 實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程1工件的預(yù)處置工件的預(yù)處置 埋弧焊焊接的方法在樣板上堆焊，用砂輪將外表磨平，埋弧焊焊接的方法在樣板上堆焊，用砂輪將外表磨平，用砂紙打磨用砂紙打磨 外表粗糙度達(dá)外表粗糙度達(dá)Ra1.6。2應(yīng)變片粘貼應(yīng)變片粘貼 應(yīng)變花粘貼面用棉花球蘸少許丙酮悄然擦洗，以保證應(yīng)變花粘貼面用棉花球蘸少許丙酮悄然擦洗，以保證粘貼面無油污，并嚴(yán)禁與手指接觸。在應(yīng)變花粘貼面上滴粘貼面無油污，并嚴(yán)禁與手指接觸。在應(yīng)變花粘貼面上滴上一小滴膠液，薄薄一層，以上一小滴膠液，薄薄一層，以1號應(yīng)變片對準(zhǔn)參考軸，放

8、置號應(yīng)變片對準(zhǔn)參考軸，放置在工件外表，應(yīng)變花上面覆蓋一張薄膜，用手指滾壓在工件外表，應(yīng)變花上面覆蓋一張薄膜，用手指滾壓12分鐘。接線端子的銜接。分鐘。接線端子的銜接。3焊接導(dǎo)線并連線。焊接導(dǎo)線并連線。4鉆孔并丈量應(yīng)變值深度不同測鉆孔并丈量應(yīng)變值深度不同測3應(yīng)變值。應(yīng)變值。2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備5丈量結(jié)果5丈量結(jié)果丈量結(jié)果 分別對兩組丈量點(diǎn)以及焊縫上的點(diǎn)進(jìn)展丈量，記錄丈量結(jié)果。第1組丈量點(diǎn)第2組丈量點(diǎn)焊縫1. 與焊縫垂直方向上的剩余應(yīng)力分布2. 與焊縫平行方向上丈量點(diǎn)焊接剩余應(yīng)力測點(diǎn)測點(diǎn)孔徑孔徑/mmA/B/C/測量點(diǎn)測量點(diǎn)132448576測量點(diǎn)測量點(diǎn)23-14102133測量點(diǎn)測量點(diǎn)33621632

9、13測量點(diǎn)測量點(diǎn)432190211測量點(diǎn)測量點(diǎn)53293228-7測量點(diǎn)測量點(diǎn)63-8870233測量點(diǎn)測量點(diǎn)73-441569測量點(diǎn)測量點(diǎn)83-35143341測點(diǎn)測點(diǎn)孔徑孔徑/mmA/B/C/測量點(diǎn)測量點(diǎn)1.11.13327210-133測量點(diǎn)測量點(diǎn)2.13426526測量點(diǎn)測量點(diǎn)3.13-5978110測量點(diǎn)測量點(diǎn)4.13975616測量點(diǎn)測量點(diǎn)5.131507225各個丈量點(diǎn)的三個方向上的應(yīng)變丈量值：各個丈量點(diǎn)的三個方向上的應(yīng)變丈量值：2.3 丈量數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析丈量數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析 對x和y兩個方向分別進(jìn)展分析： 與焊縫平行x方向和與焊縫垂直y方向分別進(jìn)展縱向剩余應(yīng)力和橫向剩余應(yīng)力分

10、析。根據(jù)資料力學(xué)推導(dǎo)出的公式：根據(jù)資料力學(xué)推導(dǎo)出的公式：橫向剩余應(yīng)力橫向剩余應(yīng)力:x=21CA21CAy= 縱向剩余應(yīng)力縱向剩余應(yīng)力:計(jì)算求得縱向剩余應(yīng)力x和橫向剩余應(yīng)力y的值見下表：測量點(diǎn)測量點(diǎn)x/M Pay/M Pa測量點(diǎn)測量點(diǎn)16034測量點(diǎn)測量點(diǎn)25.929測量點(diǎn)測量點(diǎn)32852測量點(diǎn)測量點(diǎn)41949測量點(diǎn)測量點(diǎn)5661.8第1組丈量點(diǎn)測量點(diǎn)測量點(diǎn)x/M Pay/M Pa測量點(diǎn)測量點(diǎn)1.165-7.9測量點(diǎn)測量點(diǎn)2.1118.7測量點(diǎn)測量點(diǎn)3.1-5.621測量點(diǎn)測量點(diǎn)4.12310測量點(diǎn)測量點(diǎn)5.13616第2組丈量點(diǎn)2.3.1與焊縫垂直方向上的剩余應(yīng)力分布5丈量結(jié)果第1組丈量點(diǎn)第2

11、組丈量點(diǎn)焊縫縱向剩余應(yīng)力縱向剩余應(yīng)力x分布分布x實(shí)際分布曲線實(shí)驗(yàn)測得x分布曲線MPax/MPax/間隔/mm間隔/mm橫向剩余應(yīng)力橫向剩余應(yīng)力y分布分布間隔/mmy/Mpa點(diǎn)1y/Mpa點(diǎn)5.1點(diǎn)5.1間隔/mmy實(shí)驗(yàn)曲線y實(shí)際曲線焊縫y2.3.2 與焊縫平行方向上丈量點(diǎn)焊接剩余應(yīng)力分布與焊縫平行方向上丈量點(diǎn)焊接剩余應(yīng)力分布與焊縫平行的點(diǎn)的縱向剩余應(yīng)力x和橫向剩余應(yīng)力y的計(jì)算值：測量點(diǎn)測量點(diǎn)x /M Pay /M Pa測量點(diǎn)測量點(diǎn)32852測量點(diǎn)測量點(diǎn)3.1-5.621測量點(diǎn)測量點(diǎn)6-4.147測量點(diǎn)測量點(diǎn)7-9.3-0.95測量點(diǎn)測量點(diǎn)815.2755丈量結(jié)果縱向剩余應(yīng)力縱向剩余應(yīng)力x分布分

12、布實(shí)際曲線間隔/mmMPax/實(shí)驗(yàn)測得的x分布曲線第1組丈量點(diǎn)第2組丈量點(diǎn)焊縫實(shí)際曲線橫向剩余應(yīng)力橫向剩余應(yīng)力y分布分布a短焊縫 b中焊縫 c長焊縫實(shí)驗(yàn)測得的y分布曲線y/Mpa間隔mm第1組丈量點(diǎn)第2組丈量點(diǎn)焊縫2.4 應(yīng)力釋放過程應(yīng)力釋放過程 為了研討鉆孔過程中焊縫中剩余應(yīng)力的釋放過程，特丈量在不同鉆孔深度時的應(yīng)變值，結(jié)果見下表：測量點(diǎn)測量點(diǎn)1/2/3 3/測量點(diǎn)測量點(diǎn)17685244測量點(diǎn)測量點(diǎn)5-7228293測量點(diǎn)測量點(diǎn)1.1-133210327測量點(diǎn)測量點(diǎn)4.1165697測量點(diǎn)測量點(diǎn)5.12572150 隨著鉆孔深度的逐漸添加，應(yīng)變值逐漸增大，在鉆孔終了時應(yīng)變到達(dá)最大值。由此可以看出，隨著鉆孔深度的添加，焊縫中的剩余應(yīng)力的釋放也是越來越大。 該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對研討的鋼構(gòu)造中剩余應(yīng)力變化過程具有重要意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分