焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

一1-1應(yīng)力及變形的基本概念

1.內(nèi)應(yīng)力/焊接應(yīng)力所謂內(nèi)應(yīng)力是指在沒有外力條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力.在焊接結(jié)構(gòu)中存在的這種內(nèi)部互相平衡的應(yīng)力就稱為焊接內(nèi)應(yīng)力，簡稱焊接應(yīng)力.

分類：1.應(yīng)力按其分布范圍可分為宏觀內(nèi)應(yīng)力和微觀內(nèi)應(yīng)力;2.內(nèi)應(yīng)力按其作用時間可分為瞬時應(yīng)力和殘余應(yīng)力.

瞬時應(yīng)力隨時間而變化,由構(gòu)件各處受熱不均勻/膨脹或收縮變形不一致，互相約束而產(chǎn)生.當物體溫度恢復到原始均勻狀態(tài)后構(gòu)件中仍然存有的內(nèi)應(yīng)力，稱為殘余應(yīng)力.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概1(1)焊接溫度場：將焊接過程中某一瞬間,接頭中各點溫度分布狀態(tài)稱為焊接溫度場.

在焊接熱源作用下，構(gòu)件上各點溫度在不斷地變化，可以認為達到某一極限熱狀態(tài)時溫度場不再改變，該溫度場稱為極限溫度場.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

(1)焊接溫度場：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變2第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概32.有關(guān)力學和物理性能假定1)平截面假定:假定桿件在焊前所取橫截面焊后仍保持為平面.2)金屬性能假定：材料某些物理性能如線脹系數(shù)(α)、比熱容(c)、熱導率(λ)均不隨溫度變化而變化.3)金屬屈服點假定:在500℃以下時同常溫時屈服點，而600℃以上時呈完全塑性狀態(tài)，即屈服點為零.4)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系假設(shè):材料呈理想彈-塑性狀態(tài)，即材料屈服后不發(fā)生強化.

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

2.有關(guān)力學和物理性能假定第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§4

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)5

低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(本構(gòu)關(guān)系)低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(本構(gòu)關(guān)系)6

二構(gòu)件中焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生

–均勻加熱的應(yīng)力和變形產(chǎn)生1）自由變形

當金屬物體溫度有改變或發(fā)生相變，其尺寸和形狀要發(fā)生變化，如變化沒有受到外界任何阻礙而自由地進行，稱之為自由變形.

其中:α——熱膨脹系數(shù)2）自由變形率所謂自由變形率指單位長度上的自由變形量。用表示：

二構(gòu)件中焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生–均勻加熱的應(yīng)力和變形產(chǎn)生7焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件8?）外觀變形和內(nèi)部變形當金屬物體在溫度變化過程中受到阻礙，使它不能完全自由地變形，只能夠部分地表現(xiàn)出來，我們把能夠表現(xiàn)出來的這部分變形稱為外觀變形（或?qū)嶋H變形），而未表現(xiàn)出來的那部分變形，稱為內(nèi)部變形.

外觀變形用表示．內(nèi)部變形是自由變形和外觀變形之差，用表示，表達式為：

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

?）外觀變形和內(nèi)部變形第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

95）外觀變形率所謂外觀變形率指的是單位長度上的外觀變形量，用來表示,表達式為：6）內(nèi)部變形率:指是單位長度上的內(nèi)部變形量，用表示，表達式為：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

5）外觀變形率第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§10

1)低碳鋼熱循環(huán)的最高溫度小于500℃時:1.加熱溫度較低:

材料變形在彈性范圍內(nèi)---當桿件溫度恢復到初始溫度，桿件將自由收縮到原來長度壓應(yīng)力將全部消失.2.加熱溫度較高:

當壓縮變形率超過材料屈服變形率時，桿件將發(fā)生壓縮塑性變形，變形率由彈性變形率和塑性變形率兩部分組成.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述1)低碳鋼熱循環(huán)的最高溫度小于500℃時:第一章112)低碳鋼熱循環(huán)最高溫度超過600℃:A.加熱過程：桿件受到完全約束而沒有任何自由變形，開始加熱即產(chǎn)生壓縮彈性變形.隨溫度升高，達到屈服應(yīng)變出現(xiàn)壓縮塑性變形.溫度達500℃繼續(xù)升溫，彈性變形減少而塑性變形增大.溫度升高/隨屈服點降低/壓應(yīng)力降低.在溫度600℃,材料屈服點降到零，材料處于全塑性狀態(tài)/壓應(yīng)力消失/變形全為塑性變形.B.冷卻過程：桿件冷卻到600℃性能開始恢復，屈服點逐漸升高，此時隨桿件冷卻，桿端將不以4‘為起點而以4為起點收縮.由于收縮時又受到約束，桿內(nèi)必將產(chǎn)生拉伸變形和拉應(yīng)力.當溫度已下降至500℃，材料完全恢復彈性，拉伸塑性變形不斷增加，而拉應(yīng)力達到屈服點則不再增加.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述2)低碳鋼熱循環(huán)最高溫度超過600℃:第一章焊接12

結(jié)論：構(gòu)件均勻加熱時，如在升溫過程中產(chǎn)生了塑性變形，那么在自由冷卻時，此變形將保留下來而形成殘余變形。對于完全約束的桿件，在不高的溫度(對低碳鋼可推導出這個溫度約為100℃)時即產(chǎn)生壓縮塑性變形，該變形在自由冷卻后將被保留下來。如果在冷卻時受約束，則必然會產(chǎn)生拉應(yīng)變和拉應(yīng)力。完全受約束桿件，即使加熱溫度不高(對低碳鋼而言，加熱溫度超過200℃)，產(chǎn)生的壓縮塑性變形也足以使其在冷卻時產(chǎn)生拉應(yīng)力達到材料拉伸屈服點.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述結(jié)論：構(gòu)件均勻加熱時，如在升溫過程中產(chǎn)生了塑性變13第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概14焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件15第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概16焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件17第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

內(nèi)部變形(率)<s:發(fā)生彈性變形;當

>s時--產(chǎn)生彈性/塑性變形.

板條分四個區(qū)域：1)完全彈性變形區(qū):變形率均小于s，冷卻后無殘留塑性變形.2)T≤500℃區(qū)域是彈性區(qū)和部分塑性變形區(qū).冷卻后塑性變形部分保留.3)500℃≤T<600℃區(qū)域是部分塑性變形到完全塑性變形區(qū),冷卻后塑性變形則全部保留.4)T>600℃的區(qū)域是完全塑性區(qū).600℃以上纖維在伸長和縮短時都沒有任何阻力，該區(qū)塑性變形冷卻時將不保留.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概18第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概19結(jié)論1:

板條堆焊后其殘余應(yīng)力分布和變形大小完全取決于加熱過程中所產(chǎn)生壓縮塑性變形區(qū)大小和分布.凡是影響壓縮塑性變形區(qū)大小和分布因素都會對板條中殘余應(yīng)力和變形產(chǎn)生影響.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述結(jié)論1:第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力20第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述結(jié)論2:

內(nèi)部變形率小于金屬屈服限變形率s,不存在殘余應(yīng)力和變形；內(nèi)部變形率大于金屬屈服限變形率s，將出現(xiàn)殘余應(yīng)力,板條將產(chǎn)生殘余彎曲變形和收縮變形，但方向與加熱相反.變形位置則由平衡條件決定.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概214．相變對應(yīng)力和變形的影響低碳鋼相變點Ac1溫度(723℃)---材料呈完全塑性狀態(tài)，奧氏體轉(zhuǎn)變時體積變化不受任何阻力，所以對應(yīng)力和變形不產(chǎn)生影響.

焊后出現(xiàn)低溫馬氏體轉(zhuǎn)變:馬氏體轉(zhuǎn)變溫度為200—300℃---材料已完全恢復彈性，馬氏體轉(zhuǎn)變時體積膨脹受到周圍金屬阻礙而產(chǎn)生相變應(yīng)力.在焊縫金屬馬氏體膨脹使得該區(qū)內(nèi)殘余拉應(yīng)力減小，甚至出現(xiàn)壓應(yīng)力.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述4．相變對應(yīng)力和變形的影響第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§225．影響焊接應(yīng)力與變形的主要因素

1)焊縫/近縫區(qū)不均勻加熱范圍和程度.包括焊縫尺寸/數(shù)量及位置/材料熱物理性能/焊接工藝方法和參數(shù)(電流/電壓/焊速)以及焊接操作方法(直通焊/分段跳焊/逆向分段焊)因素.2)焊件剛度/周圍環(huán)境拘束度(如焊接構(gòu)件尺寸和形狀/焊接夾具)/焊縫布置及裝配焊接次序.構(gòu)件在小拘束條件下焊接變形大/應(yīng)力小；反之，焊接變形小/應(yīng)力大.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述5．影響焊接應(yīng)力與變形的主要因素第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變23

概念：在焊接過程全部結(jié)束，焊件完全冷卻后殘余在焊件中的內(nèi)應(yīng)力叫做焊接殘余應(yīng)力.

在厚度δ<15～20mm的常規(guī)焊接結(jié)構(gòu)中殘余應(yīng)力呈現(xiàn)雙軸分布，厚度方向應(yīng)力很小.在大厚度焊接結(jié)構(gòu)中厚度方向應(yīng)力比較大.a.沿焊縫方向作用的殘余應(yīng)力稱為縱向焊接殘余應(yīng)力σx.b.沿垂直于焊縫方向作用的殘余應(yīng)力稱為橫向焊接殘余應(yīng)力σy.c.沿厚度方向作用的殘余應(yīng)力用σz表示.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力概念：在焊接過程全部結(jié)束，焊件完全冷卻24

1.縱向焊接殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力分布與焊接過程形成塑性壓縮變形的大小/分布有關(guān)，影響壓縮塑性變形因素都能影響殘余應(yīng)力分布.a.構(gòu)件幾何尺寸/結(jié)構(gòu)形式；

b.焊接方法/焊接參數(shù).

分四種情況分析：1）板邊堆焊；2）等寬度板對接焊縫；3）不等邊板對接焊縫；4）相變影響.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力1.縱向焊接殘余應(yīng)力第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形25焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件26焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件27焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件28焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件292．橫向殘余應(yīng)力分布橫向殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因復雜:1）在焊接過程中焊縫及近縫區(qū)金屬橫向收縮先后次序不同，使對接兩塊板有產(chǎn)生平面內(nèi)彎曲趨勢而出現(xiàn)橫向殘余應(yīng)力；2）縱向收縮造成板平面內(nèi)彎曲趨勢也引起橫向殘余應(yīng)力.

橫向應(yīng)力σy由兩部分組成：一由于焊縫及其附近塑性變形區(qū)縱向收縮所引起，用σy’表示,分布規(guī)律為中部為拉而兩端為壓；另一個是由焊縫及附近塑性變形區(qū)橫向收縮不同時性所引起，用σy”表示.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力2．橫向殘余應(yīng)力分布第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§30焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件31

橫向應(yīng)力另一個組成部分σy”.由于焊縫不是同時完成，各部分有先焊和后焊之分.

先焊部分先冷卻/先收縮，后焊部分后冷.卻/后收縮.先焊/先冷卻部分又限制后焊/后冷卻部分橫向收縮，這種限制和反限制構(gòu)成了橫向σy”.

注意：σy”分布與焊接方向、分段方法以及焊接順序有關(guān).

分段退焊法可使橫向殘余應(yīng)力出現(xiàn)拉壓交替分布狀態(tài)，應(yīng)力峰值較低，分布較為均勻.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力橫向應(yīng)力另一個組成部分σy”.由于焊縫不是同時完32焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件33焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件343．厚板中殘余應(yīng)力分布3．厚板中殘余應(yīng)力分布35焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件364．焊接工(H形)形/箱形/T形結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力4．焊接工(H形)形/箱形/T形結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力375．拘束條件下焊接的殘余應(yīng)力5．拘束條件下焊接的殘余應(yīng)力385．拘束條件下焊接的殘余應(yīng)力條件:a.構(gòu)件在拘束狀態(tài)下焊接b.構(gòu)件本身剛度大.概念:構(gòu)件在拘束狀態(tài)下焊接產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為拘束應(yīng)力.規(guī)律:a.焊縫較短時拘束應(yīng)力大小不變,焊縫較長則拘束應(yīng)力沿焊接方向逐漸增大.b.拘束長度(兩固定端之距離)越大則拘束應(yīng)力越小.c板厚增大拘束應(yīng)力變大.d.焊接熱輸入增大拘束應(yīng)力則增大.總結(jié):1)拘束條件下焊接應(yīng)力是拘束應(yīng)力與自由狀態(tài)下焊接殘余應(yīng)力這兩項應(yīng)力綜合.2)拘束應(yīng)力是拉應(yīng)力，它對構(gòu)件影響較大，需采取措施減小構(gòu)件剛度，防止產(chǎn)生過大拘束應(yīng)力.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力5．拘束條件下焊接的殘余應(yīng)力第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

39焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件40焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件41焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件426.圓筒縱/環(huán)縫焊接殘余應(yīng)力圓筒縱向焊縫焊接殘余應(yīng)力分布類似于平板對接時應(yīng)力分布.

環(huán)焊縫殘余應(yīng)力分布規(guī)律:a.環(huán)焊縫殘余應(yīng)力分布與筒體剛度和材料有關(guān).b.環(huán)縫殘余應(yīng)力小于平板對接焊縫中相應(yīng)應(yīng)力數(shù)值.c.環(huán)縫徑向收縮導致彎曲應(yīng)力產(chǎn)生,一般內(nèi)外表面上的分布是對稱的.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力6.圓筒縱/環(huán)縫焊接殘余應(yīng)力第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

43焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件44二焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)使用性能的影響1.對結(jié)構(gòu)強度的影響結(jié)論1：對于延性材料內(nèi)應(yīng)力對靜強度沒影響.

材料處于脆性狀態(tài)不能進行塑性變形，隨著外力增加構(gòu)件不能產(chǎn)生應(yīng)力均勻化，應(yīng)力峰值不斷增加，直到材料強度極限σb而發(fā)生局部破壞.結(jié)論2：對于脆性材料內(nèi)應(yīng)力對靜強度有不利影響.

塑性變形產(chǎn)生的必要條件是切應(yīng)力的存在，而在三軸等值拉應(yīng)力作用下切應(yīng)力τmax=0,不可能產(chǎn)生塑性變形.結(jié)論3：無論是脆性材料還是延性材料，三軸拉伸內(nèi)應(yīng)力將阻礙塑性變形產(chǎn)生，承載能力（靜強度）有不利影響.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力二焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)使用性能的影響第一章焊接結(jié)構(gòu)中45焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件46焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件472.對結(jié)構(gòu)加工尺寸精度的影響機械切削加工把一部分材料從工件上切去，如果工件中存在著內(nèi)應(yīng)力，那么把一部分材料切去的同時，把原先在那里的內(nèi)應(yīng)力也一起去掉，從而破壞了原來工件中內(nèi)應(yīng)力的平衡，使工件產(chǎn)生變形，加工精度也就受到了影響.保證加工精度辦法：

1.先消除焊接內(nèi)應(yīng)力然后再進行機械加工；

2.調(diào)整機加工工藝,如分次加工與交替加工.

注意：焊接應(yīng)力是否長期穩(wěn)定，亦即焊接應(yīng)力是否會在長期存放過程中隨時間變化而破壞已經(jīng)加工完畢的工件尺寸的精度.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力2.對結(jié)構(gòu)加工尺寸精度的影響第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

48焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件493.對結(jié)構(gòu)剛度的影響構(gòu)件伸長與外力關(guān)系：

P—外力；L—長度；E―彈性模量；F―截面積假設(shè)tgα＝P／△L=E×F/L表征構(gòu)件剛度:

假設(shè)b區(qū)拉伸內(nèi)應(yīng)力σ1=σs，兩側(cè)為壓應(yīng)力σ2.b區(qū)應(yīng)力達到σs，應(yīng)力不能增加,由（B－b)×δ承受,△L’

△L,導致tgα’=P/△L’＝(B－b)×δ×E/L比沒有內(nèi)應(yīng)力時小，tgα’<tgα.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力3.對結(jié)構(gòu)剛度的影響構(gòu)件伸長與外力關(guān)系：第一章焊50結(jié)論1：

如果構(gòu)件中存在著與外力方向一致的內(nèi)應(yīng)力而數(shù)值達到σs，則在外力作用下剛度降低，,剛度降低程度與b/B有關(guān)，b占比例越大對剛度影響越大.結(jié)論2：

焊接構(gòu)件經(jīng)過一次加載和卸載后如再加載，只要不超過前一次，內(nèi)應(yīng)力不再起作用，外載也不影響內(nèi)應(yīng)力分布.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力結(jié)論1：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余51如果σ1＜σs：

1）外力作用初期，b區(qū)可以承受一部分載荷，構(gòu)件整個截面上應(yīng)力都增加，與無內(nèi)應(yīng)力情況完全一致，一直持續(xù)到外載引起應(yīng)力與σ1之和達到σs為止.2）如果進一步增加P值，b區(qū)中應(yīng)力不再上升，而只產(chǎn)生塑性變形，這時構(gòu)件有效承載面積縮小，構(gòu)件剛度降低.

結(jié)論3：如果焊接構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力σ1＜σs，在加載初期內(nèi)應(yīng)力不影響構(gòu)件剛度；當內(nèi)應(yīng)力與外載之和等于σs之后，內(nèi)應(yīng)力降低焊接構(gòu)件剛度.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力如果σ1＜σs：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-252焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件53焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件544.穩(wěn)定性的影響結(jié)論：

a.構(gòu)件壓縮內(nèi)應(yīng)力與外載應(yīng)力之和達到σs之后，焊接構(gòu)件臨界應(yīng)力將比沒有內(nèi)應(yīng)力時降低.b.內(nèi)應(yīng)力對整體穩(wěn)定性的影響只在構(gòu)件一定長細比λ范圍內(nèi)起作用。

1）構(gòu)件臨界應(yīng)力較低或內(nèi)應(yīng)力數(shù)值較低而外載應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力之和在失穩(wěn)前仍未達到σs，內(nèi)應(yīng)力對穩(wěn)定性不產(chǎn)生影響.2）構(gòu)件臨界應(yīng)力較大而偏心不大，其臨界應(yīng)力決定于構(gòu)件全面屈服，內(nèi)應(yīng)力對其穩(wěn)定性不產(chǎn)生影響.3）對大寬度與厚度比值（B／δb）構(gòu)件，壓縮焊接內(nèi)應(yīng)力通過降低局部穩(wěn)定性引起構(gòu)件整體失穩(wěn).第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力4.穩(wěn)定性的影響第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2555．對應(yīng)力腐蝕的影響應(yīng)力腐蝕是拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生裂紋的一種現(xiàn)象.由于焊接結(jié)構(gòu)在沒有外加載荷的情況下就存在殘余應(yīng)力，因而在腐蝕介質(zhì)作用下結(jié)構(gòu)雖無外力也會發(fā)生應(yīng)力腐蝕.

應(yīng)力腐蝕機理:當構(gòu)件受到拉應(yīng)力作用時,由于應(yīng)力集中作用，在裂紋尖端形成很高拉應(yīng)力場，它阻止裂紋尖端表面鈍化膜形成或?qū)⒘鸭y尖端已形成鈍化膜破壞，使裂紋尖端暴露在腐蝕介質(zhì)中，裂紋尖端材料不斷地通過陽極過程溶解，裂紋向前擴展.

高強度鋼和超高強度鋼應(yīng)力腐蝕開裂尤為突出.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力5．對應(yīng)力腐蝕的影響第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-56三預防和消除焊接殘余應(yīng)力的措施

減小焊接殘余應(yīng)力和改善殘余應(yīng)力分布途徑:a.設(shè)計(焊前）b.工藝(焊接過程)c.處理(焊后)1.減少和調(diào)整焊接殘余應(yīng)力分布的設(shè)計原則1)盡量減小焊縫截面尺寸/減少填充金屬數(shù)量;2)降低局部剛度而使焊縫比較自由收縮;3)將焊縫盡量布置在最大工作應(yīng)力區(qū)之外;4)盡量防止焊縫密集/交叉;5)采用合理接頭形式.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力三預防和消除焊接殘余應(yīng)力的措施第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與57焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件58焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件59焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件602.焊接過程減少/調(diào)整焊接殘余應(yīng)力分布方法1)合理地選擇裝配焊接順序a.先焊大收縮量焊縫/后焊小收縮量焊縫.b.先焊工作時受力大焊縫.2)使用局部加熱方法減小應(yīng)力

3)錘擊

4)采用反變形減小殘余應(yīng)力

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力2.焊接過程減少/調(diào)整焊接殘余應(yīng)力分布方法第一章焊接結(jié)構(gòu)中61焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件62焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件63焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件64焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件653.焊后消除焊接殘余應(yīng)力的方法

(1)整體熱處理

概念:將構(gòu)件整體加熱到回火溫度，保溫一定時間后冷卻.機理:金屬材料在高溫下發(fā)生殘余應(yīng)力誘導蠕變且屈服點降低使應(yīng)力松弛.熱處理作用:a.消除焊接殘余應(yīng)力.b.改善焊接接頭組織/性能(細化晶粒/驅(qū)氫).焊后消除應(yīng)力熱處理可能出現(xiàn)問題：1)母材/焊縫金屬性能惡化(強度降低/韌性降低).2)熱影響區(qū)有發(fā)生再熱裂紋危險.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力3.焊后消除焊接殘余應(yīng)力的方法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變66熱處理規(guī)范選擇注意事項:1)熱處理溫度--保證最大可能地松弛殘余應(yīng)力且不造成接頭性能不良影響.2)保溫時間--取決于壁厚及材質(zhì).3)最大加熱速度--防止加熱過快造成過大溫度梯度而產(chǎn)生裂紋.4)冷卻速度—防止冷卻過快造成過大溫度梯度而產(chǎn)生新殘余應(yīng)力和變形.JB／T6046規(guī)定:a.加熱速度應(yīng)小于等于220×25／6(℃/h);b.冷卻速度應(yīng)小于等于275×25／6(℃/h);c.對加熱/冷卻時任意兩點溫差作了規(guī)定，保證構(gòu)件各部位溫度基本均勻.整體熱處理形式：1)爐內(nèi)整體熱處理;2)整體內(nèi)熱處理(整體爐外熱處理).處理方法:外部絕熱材料保溫,容器內(nèi)熱源加熱.加熱方法:a.燃氣加熱;b.遠紅外電加熱;c.電熱元件加熱.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力熱處理規(guī)范選擇注意事項:第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§67第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(2)局部熱處理

作用:a.降低結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力;b.改善焊接接頭組織和力學性能.局部熱處理規(guī)范:a.JB/T6046規(guī)定-環(huán)縫每側(cè)環(huán)形加熱帶寬度應(yīng)大于容器壁厚2-3倍;b.英國BS2633規(guī)定均溫帶寬度為1.5(為管壁厚)，加熱寬度為2.5;c.ISOTCll規(guī)定加熱寬度為2.5.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(268加熱方法：1)電阻爐加2)感應(yīng)加熱(工頻感應(yīng)加熱加熱快且溫差小;中頻感應(yīng)加熱溫差大/厚管壁時不宜采用).3)遠紅外加熱(特點:管內(nèi)外壁溫差小).4)采用高速噴嘴噴出燃氣加熱.

局部熱處理需注意問題:a.對加熱和冷卻速度應(yīng)進行控制.b.消除殘余應(yīng)力效果不如整體熱處理.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力加熱方法：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘69(3)振動法

概念:如果使焊接構(gòu)件在激振器的作用下發(fā)生諧振，那么經(jīng)過若干時間后殘余應(yīng)力將逐漸降低，這種方法叫做振動消除應(yīng)力法.機理:構(gòu)件在發(fā)生諧振時振幅較大，引起應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加達到材料屈服點而發(fā)生應(yīng)力松弛，從而使殘余應(yīng)力峰值降低.特點:a.時間短/b.成本低/c.適合處理再熱裂紋敏感性高材料制成構(gòu)件.振動法缺點:a.有降低結(jié)構(gòu)疲勞強度危險.b.消除焊接殘余應(yīng)力效果亦存在爭論.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(3)振動法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-270(4)爆炸法概念:它是利用炸藥爆炸時沖擊波的能量使產(chǎn)生殘余應(yīng)力的相關(guān)區(qū)產(chǎn)生塑性變形，從而達到消除殘余應(yīng)力的目的.缺點:消耗金屬材料部分塑性，對低溫和動載結(jié)構(gòu)要慎重選用.(5)碾壓法(滾壓法)概念:用滾輪施加一定壓力在焊縫表面進行滾壓，使焊縫金屬產(chǎn)生局部塑性變形來減小殘余應(yīng)力或改善其分布的一種方法.特點:a.適于處理規(guī)則焊縫;b.對焊縫組織/力學性能影響不大;c.可與矯形處理同時進行;d.適用于薄壁焊接結(jié)構(gòu).第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(4)爆炸法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接71焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件72(6)過載法

概念:在構(gòu)件上施加一定的拉應(yīng)力，使其與焊縫區(qū)的拉伸殘余應(yīng)力相疊加，以便達到消除殘余應(yīng)力的目的.缺點:只能用于降低殘余應(yīng)力峰值.典型范例:a.壓力容器水壓試驗/b.起重機過載試吊/c.新建橋梁超載運行(7)溫差拉伸法

概念:采用低溫局部加熱使焊縫區(qū)產(chǎn)生拉伸以減小其峰值應(yīng)力,與過載法原理相同.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(6)過載法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-273焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件74焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件75四焊接殘余應(yīng)力的測定研究焊接殘余應(yīng)力大小/分布情況有三種方法:1)理論分析—定性/闡述殘余應(yīng)力形成機理或演變過程;2)熱彈塑性有限元分析—定量/理論上精確而實際精度難確定;3)實驗法測定焊接殘余應(yīng)力—定量/較精確.分非破壞性測試（物理)和全部局部破壞性方法(機械)兩類:1.機械方法(應(yīng)力釋放法)概念:利用機械加工把試件切開/切去一部分，測定由此釋放彈性應(yīng)變來推算構(gòu)件原有殘余應(yīng)力大小和分布.(1)裁條法測量原理:利用切削把試件裁成一定寬度板條，裁條前在板上貼上應(yīng)變片（鉆出測量長度標距孔）并記錄原始讀數(shù),然后將板條切開，待應(yīng)力釋放后再測出應(yīng)變值（標距孔距離），根據(jù)應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系計算殘余應(yīng)力.特點：精確/全破壞/加工量大第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力四焊接殘余應(yīng)力的測定第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§76焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件77(2)小孔法

概念：在殘余應(yīng)力場中鉆孔，部分應(yīng)力則被釋放，孔周圍應(yīng)力將重新分布而達到新平衡狀態(tài)，測出孔周圍區(qū)域鉆孔前后應(yīng)變變化，根據(jù)彈性力學公式，算出該處原有應(yīng)力分布.特點：a.破壞較小b.設(shè)備簡單c.精度一般第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(2)小孔法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-278計算公式：式中1/2

—主應(yīng)力；

—主應(yīng)力與第一個應(yīng)變片軸線夾角；

—與有關(guān)中間變量；1/2/3—應(yīng)變值；A/B—與應(yīng)變片尺寸和其距孔中心距離/孔半徑R/被測材料物理性能.彈性力學解：

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力

計算公式：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘79(3)盲孔法

盲孔法與小孔法測殘余應(yīng)力原理相同.

特點：a.輕微破壞;b.設(shè)備簡單;c.精度一般.

測試方法：a.盲孔法測試過程相同于小孔法；b.鉆孔直徑2～3mm;c.孔深與孔徑相同時應(yīng)變值趨于穩(wěn)定;d.殘余應(yīng)力計算公式與小孔法相同;e.

系數(shù)A/B兩由試驗標定得出.

計算公式則簡化為：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(3)盲孔法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-280焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件81第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(4)套孔法

概念：套孔法(切槽法)是用套料鉆加工環(huán)形槽使殘余應(yīng)力得到釋放的方法.測量過程：套鉆前在孔心處粘貼應(yīng)變片（打出標距），套鉆后重新測量，測出其應(yīng)變再代入公式算出主應(yīng)力.特點:破壞性比釋放法小/結(jié)果較小孔法精確/實施難度中等.(5)逐層銑削法

測量原理：當具有殘余應(yīng)力工件被銑去一層時，部分應(yīng)力釋放后殘余應(yīng)力重新分布，試件要發(fā)生變形，如果在對面(非銑削面)粘貼應(yīng)變片，則可以測出每銑削一層后對面應(yīng)變值，根據(jù)這些數(shù)值則可以推算出在不同銑削層上的殘余應(yīng)力.缺點：加工和計算量大/破壞性大.優(yōu)點:可測內(nèi)應(yīng)力梯度.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(482第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力2.物理方法(1)X射線衍射法原理：晶體在應(yīng)力作用下原子間距離發(fā)生變化，其變化與應(yīng)力成正比，測得晶格尺寸可不破壞物體直接測出內(nèi)應(yīng)力數(shù)值.當X射線以掠角θ入射到晶面上滿足公式：

2dsinθ=nλ

式中：d－晶面間距；λ－X射線波長，n－正整數(shù)，則X射線在反射角方向上將因干涉而加強.

根據(jù)這一原理可以求出d值,用x射線以不同角度入射物體表面，則可測出不同方向d值，從而求得表面內(nèi)應(yīng)力.優(yōu)點:非破壞性/精度高缺點：1）只能測表面應(yīng)力；2）對被測表面要求較高；

3）測試設(shè)備昂貴.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力2.83焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件84

STRESSX3000殘余應(yīng)力X射線衍射儀STRESSX3000殘余應(yīng)力X射線衍射儀85

STRESSX3000殘余應(yīng)力X射線衍射儀參數(shù)選取圖

STRESSX3000殘余應(yīng)力X射線衍射儀參數(shù)選取圖86(2)超聲波法

測量原理：根據(jù)金屬密度在應(yīng)力作用下發(fā)生微小變化，而使得超聲波在穿越時其速度或衰減程度發(fā)生變化的原理來測量殘余應(yīng)力.測量過程：它采用試驗標定方法，確定某種材料應(yīng)力對超聲波衰減程度影響，作出應(yīng)力與衰減程度相關(guān)曲線，再來比較和推算出構(gòu)件中殘余應(yīng)力水平.特點：a.非破壞性;b.可測深層殘余應(yīng)力.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(2)超聲波法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-287

(3)磁性法測量原理：當鐵磁材料中存在著彈性變形時，它的磁導率將發(fā)生變化，如果能測出某一小范圍內(nèi)材料在不同方向上磁導率的變化，就可以估計出該處殘余應(yīng)力的數(shù)值和分布情況.特點：a.非破壞性;b.測量精確度不高;c.標定困難.(4)密柵云紋法

方法：在試件要測處先貼上或刻上條紋，試件受力后發(fā)生應(yīng)變，則工作柵和比較柵出現(xiàn)干涉而產(chǎn)生云紋.特點：a.非破壞；b.可定性和定量測殘余應(yīng)力大小和分布；c.尚不能廣泛應(yīng)用.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力(3)磁性法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-288焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件89總結(jié):1)全釋放方法優(yōu)點：結(jié)果較精確/測量工具簡單.缺點：破壞性大.2)套孔法特點:破壞性比釋放方法小/結(jié)果較小孔法精確/實施難度中等.3）小孔法優(yōu)點：破壞性小/測量工具簡單.缺點：精確性不容易保證.4）逐層銑削方法缺點：加工和計算量大/破壞性大.優(yōu)點:可測內(nèi)應(yīng)力梯度.5）X射線衍射法優(yōu)點:非破壞性/結(jié)果較精確/可測內(nèi)應(yīng)力梯度.缺點:主要適用于測表面應(yīng)力/對被測表面要求高/設(shè)備昂貴.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力總結(jié):第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)90焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件91第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形一焊接殘余變形的分類1.總體變形總體變形是指整個結(jié)構(gòu)形狀發(fā)生變化.1)縱向收縮變形：構(gòu)件沿焊縫方向上發(fā)生的變形.2)橫向收縮變形：構(gòu)件在垂直焊縫方向上發(fā)生的變形.3)彎曲變形：構(gòu)件焊后整體發(fā)生的彎曲.4)回轉(zhuǎn)變形：構(gòu)件一部分相對另一部分發(fā)生的回轉(zhuǎn).5)扭曲變形：焊后構(gòu)件發(fā)生的螺旋形變形.2.局部變形1)角變形：溫度沿板厚方向分布不均或熔化金屬沿板厚方向收縮不同或兩者同時存在，使板件以焊縫為軸心轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的變形.2)波浪變形：薄板結(jié)構(gòu)中壓應(yīng)力使其失穩(wěn)而引起變形.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形一焊92第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形二焊接殘余變形對焊接結(jié)構(gòu)的影響1.焊接殘余變形會造成構(gòu)件形狀和尺寸的變化使構(gòu)件報廢.2.嚴重影響產(chǎn)品外觀.3.焊接殘余變形影響后續(xù)結(jié)構(gòu)組裝，降低產(chǎn)品制造的技術(shù)經(jīng)濟指標.4.增加材料消耗和加工費用.5.影響其承載能力.注意：焊接變形比殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)件性能的影響更為顯著.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形二93第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形三各種焊接殘余變形產(chǎn)生機理及變形量估算1．縱向/橫向收縮變形產(chǎn)生及變形值估算產(chǎn)生機理：在焊接熱循環(huán)作用下，近縫區(qū)金屬受熱膨脹時受到周圍金屬的阻礙，產(chǎn)生壓縮塑性變形,冷卻過程壓縮塑性變形區(qū)和焊縫一起收縮產(chǎn)生了縱向和橫向收縮變形.

影響因素：1)金屬材料熱物理性能2)施焊方法/焊接熱輸入a.多層焊比單層焊縱向收縮少;b.焊接熱輸入大收縮變形量增大.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形三各94焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件95第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形在單層焊時其縱向收縮可用下式估算：式中

——焊接熱輸入(J/cm)焊接熱輸入用下式計算：式中:U——電弧電壓(V)；

I——焊接電流(A)

v——焊接速度(cm／s)

——電弧熱效率.

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形在單層96經(jīng)驗估算公式：式中:AH——焊縫截面積(mm’)；

A——構(gòu)件截面積(mm’)；

x

——縱向收縮量(mm)；

L——構(gòu)件長度(mm)；

k1——系數(shù)

K2——多層焊系數(shù)，由下式計算：式中s

——屈服應(yīng)變值

n——層數(shù)橫向收縮量經(jīng)驗估算公式：

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形——板厚(mm)經(jīng)驗估算公式：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接97焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件98焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件99第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形4)接頭和坡口形式影響

雙V比V形坡口橫向收縮小;斷續(xù)焊縫比連續(xù)焊縫橫向收縮量小.5)板厚影響板厚小于臨界厚度橫向收縮量由下式計算：——板厚(cm)C——體積比熱容[J/(cm3?℃)]；——線脹系數(shù)(1/℃)；q——焊接熱輸入(J/cm)；式中——線脹系數(shù)(1/℃)；

q——焊接熱輸入(J/cm)；

——體積比熱容[J/(cm3?℃)]；——板厚(cm)。第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形4)接100焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件101焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件102焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件103第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形2．彎曲變形產(chǎn)生及變形值估算機理：當焊縫在構(gòu)件中位置不對稱時，焊接縱/橫向收縮都能引起構(gòu)件彎曲變形，焊縫位置是影響彎曲變形主要因素.1)縱向收縮引起彎曲變形焊縫縱向收縮引起彎曲變形曲率由下式估算：式中e——焊縫中心距中性軸距離(cm)；J——構(gòu)件截面慣性矩(cm4)；

K——與被焊材料性質(zhì)有關(guān)系數(shù)

qv——焊接熱輸入第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形2．彎104焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件105焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1062)橫向收縮引起彎曲變形

機理：橫向焊縫在結(jié)構(gòu)上分布不對稱，橫向收縮可以引起構(gòu)件彎曲變形.

彎曲曲率：

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形——和構(gòu)件性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)a、B、e'——見圖1-49J——意義同上

2)橫向收縮引起彎曲變形第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

107焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件108焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件109第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形3．角變形的產(chǎn)生及變形值的估算產(chǎn)生機理:由于在厚度方向溫度分布不均勻?qū)е聣嚎s塑性變形量在厚度方向上不一致，或者是熔化金屬在厚度方向上收縮量不一致而引起的.1)平板堆焊角變形

影響因素:熱輸入固定-板厚增加則角變形增加;板厚大到一定程度，剛度迅速增加，使板變形阻力變大，角變形開始減小.b.板厚固定-熱輸入增大，角變形增加;熱輸入增大到一定程度，正背面溫差變小,角變形反而減小.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形3．角110焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件111第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形2)對接接頭角變形

影響因素:坡口角度影響最大.a.V形坡口焊接接頭角變形最大.b.板厚增加角變形變大.c.雙V坡口角變形小.d.多層焊比單層焊角變形大.e.坡口角度越大，變形量越大.V形坡口一次焊完角變形可由下式估算:

——坡口角度(°).(3)角焊縫產(chǎn)生角變形

T形接頭角變形包括兩個方面:a.開坡口對接焊縫角變形;b.平板堆焊時引起角變形.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形2)對112焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件113焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件114焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件115焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件116焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件117焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1184．波浪變形產(chǎn)生機理:在焊接薄板時，遠離焊縫的壓縮殘余應(yīng)力超過失穩(wěn)臨界應(yīng)力而出現(xiàn)呈現(xiàn)波浪形狀的變形.后果:a.影響產(chǎn)品外觀;b.降低構(gòu)件承載能力.影響失穩(wěn)臨界應(yīng)力因素:a.與板厚寬比平方成正比.b.與板邊約束狀態(tài)(邊界條件)有關(guān),邊界自由度越高臨界應(yīng)力越低.防止波浪變形:凡是能降低殘余壓應(yīng)力措施都可以減小波浪變形.b,提高板的剛度(壓制凸肋/增加骨架數(shù)量/減少板自由寬度)第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形4．波浪變形第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘119第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形5.扭曲變形產(chǎn)生機理:焊縫角變形沿長度上分布不均勻性和工件縱向錯邊有關(guān).解決辦法:在夾具中施焊可減少或防止扭曲變形.6．回轉(zhuǎn)變形產(chǎn)生機理:在焊接過程,隨焊接熱源向前移動，熔池附近母材在焊接方向的熱膨脹，使熱源前方的坡口間隙發(fā)生張開變形，則由于坡口過于張開，使焊接不能再進行,而已焊部分縱橫向收縮變形又使焊縫閉合而產(chǎn)生的變形.解決辦法:合理采用定位焊縫和適當布置夾具.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形5.120焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件121

由縱向焊接錯邊引起的箱形構(gòu)件螺旋形變形由縱向焊接錯邊引起的箱形構(gòu)件螺旋形變形122焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件123焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件124焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件125三預防和消除焊接殘余變形的措施解決焊接變形問題從三方面著手:1)焊前設(shè)計;2)焊接過程采用工藝措施;3)焊后采用工藝焊后矯正焊接變形.1.設(shè)計措施a.盡量選用對稱的構(gòu)件截面/焊縫位置.b.合理地選擇焊縫長度/焊縫數(shù)量.c.盡量減小焊縫截面尺寸.d.選用軋制型材/鍛件/鑄件/鈑金成形件構(gòu)成焊接結(jié)構(gòu).第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形三預防和消除焊接殘余變形的措施第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力126焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件127焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件128焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件129第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形2.焊接過程減少焊接變形工藝措施1)反變形法概念:事先估計好焊接變形的大小和方向，然后在裝配時預加一個相反變形或在構(gòu)件上預制出一定量反變形，使之與焊接變形相抵消來防止焊接變形.2)選擇合理的裝配焊接順序原則:首先弄清每一條焊縫所引起構(gòu)件變形的大小和方向，使各條焊縫引起變形相互抵消或使變形不能相互抵消的不對稱焊縫在能自由收縮情況下焊接.3)剛性固定法概念:將焊件固定在有足夠剛性的胎夾具上或是臨時裝焊支撐以增加構(gòu)件剛度來減小焊接變形.缺點:a.增加構(gòu)件剛度/焊接應(yīng)力增大;b.消耗材料塑性儲備.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形2.焊130焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件131焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件132焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件133焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件134焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件135焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件136焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件137焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1384)預拉伸法概念和原理:在焊前將薄板用機械方法拉伸或用加熱方法使之伸長；然后再與其他構(gòu)件(框架/肋條)裝配焊接在一起,由于焊接是在有預張力或預先膨脹條件下進行，故而焊后去除預張力或冷卻回復時薄板已為焊接在一起的其他構(gòu)件(如框架或肋條)固定，則有效地降低板中殘余應(yīng)力，減少平面變形(如波浪變形).實施方法:a.拉伸(SS)法;b.加熱(SH)法;c.拉伸加熱(SSH)法.

5)熱平衡法概念和原理:在與焊縫對稱位置用氣體火焰與焊接同步加熱，使加熱區(qū)和焊縫產(chǎn)生同樣膨脹變形，焊后其一致收縮，來防止彎曲變形的方法.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形4)預拉伸法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘139焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件140焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1416)散熱法概念:通過強迫冷卻使焊縫附近材料所受熱量減少/縮小焊接熱場分布而減小焊接變形.缺點:不適合焊接淬硬性鋼材.7)合理地選擇焊接方法和焊接參數(shù)a.選擇能量集中的焊接方法;b.盡量選擇小焊接熱輸入;c.選多層焊小規(guī)范.8)低應(yīng)力無變形焊接法a.焊前距焊縫一定距離預熱一定寬度;b.焊接坡口下方布置銅水冷墊塊散熱;c.在預熱區(qū)兩側(cè)用機械或氣動夾緊裝置使板剛性固定.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形6)散熱法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余142焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件143焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1443.焊后消除焊接殘余變形方法焊后矯形方法：機械矯正/火焰加熱矯正.機械法概念(冷矯正方法):它用機械力使部分金屬得到延伸，產(chǎn)生拉伸塑性變形，使變形構(gòu)件恢復到所要求形狀.實施方法:a.滾壓焊縫;b.逐點擠壓焊縫.機械矯正特點:a.需要專用設(shè)備;b.適合小尺寸/成批生產(chǎn)構(gòu)件;c.消耗材料部分塑性儲備.火焰加熱矯正(熱塑性法)概念:利用氣體火焰加熱構(gòu)件伸長部分使其在較高溫度下發(fā)生壓縮塑性變形，當冷卻后收縮而變短而使構(gòu)件變形得以矯正.火焰加熱矯正特點:a.不需專門設(shè)備;b.簡單方便;c.適用單件生產(chǎn)構(gòu)件;d.適用大型構(gòu)件;e.消耗材料部分塑性儲備.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-3焊接殘余變形3.焊后消除焊接殘余變形方法第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

145焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件146焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件147焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件148焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件149第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

一1-1應(yīng)力及變形的基本概念

1.內(nèi)應(yīng)力/焊接應(yīng)力所謂內(nèi)應(yīng)力是指在沒有外力條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力.在焊接結(jié)構(gòu)中存在的這種內(nèi)部互相平衡的應(yīng)力就稱為焊接內(nèi)應(yīng)力，簡稱焊接應(yīng)力.

分類：1.應(yīng)力按其分布范圍可分為宏觀內(nèi)應(yīng)力和微觀內(nèi)應(yīng)力;2.內(nèi)應(yīng)力按其作用時間可分為瞬時應(yīng)力和殘余應(yīng)力.

瞬時應(yīng)力隨時間而變化,由構(gòu)件各處受熱不均勻/膨脹或收縮變形不一致，互相約束而產(chǎn)生.當物體溫度恢復到原始均勻狀態(tài)后構(gòu)件中仍然存有的內(nèi)應(yīng)力，稱為殘余應(yīng)力.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概150(1)焊接溫度場：將焊接過程中某一瞬間,接頭中各點溫度分布狀態(tài)稱為焊接溫度場.

在焊接熱源作用下，構(gòu)件上各點溫度在不斷地變化，可以認為達到某一極限熱狀態(tài)時溫度場不再改變，該溫度場稱為極限溫度場.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

(1)焊接溫度場：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變151第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概1522.有關(guān)力學和物理性能假定1)平截面假定:假定桿件在焊前所取橫截面焊后仍保持為平面.2)金屬性能假定：材料某些物理性能如線脹系數(shù)(α)、比熱容(c)、熱導率(λ)均不隨溫度變化而變化.3)金屬屈服點假定:在500℃以下時同常溫時屈服點，而600℃以上時呈完全塑性狀態(tài)，即屈服點為零.4)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系假設(shè):材料呈理想彈-塑性狀態(tài)，即材料屈服后不發(fā)生強化.

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

2.有關(guān)力學和物理性能假定第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§153

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)154

低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(本構(gòu)關(guān)系)低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(本構(gòu)關(guān)系)155

二構(gòu)件中焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生

–均勻加熱的應(yīng)力和變形產(chǎn)生1）自由變形

當金屬物體溫度有改變或發(fā)生相變，其尺寸和形狀要發(fā)生變化，如變化沒有受到外界任何阻礙而自由地進行，稱之為自由變形.

其中:α——熱膨脹系數(shù)2）自由變形率所謂自由變形率指單位長度上的自由變形量。用表示：

二構(gòu)件中焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生–均勻加熱的應(yīng)力和變形產(chǎn)生156焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件157?）外觀變形和內(nèi)部變形當金屬物體在溫度變化過程中受到阻礙，使它不能完全自由地變形，只能夠部分地表現(xiàn)出來，我們把能夠表現(xiàn)出來的這部分變形稱為外觀變形（或?qū)嶋H變形），而未表現(xiàn)出來的那部分變形，稱為內(nèi)部變形.

外觀變形用表示．內(nèi)部變形是自由變形和外觀變形之差，用表示，表達式為：

第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

?）外觀變形和內(nèi)部變形第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

1585）外觀變形率所謂外觀變形率指的是單位長度上的外觀變形量，用來表示,表達式為：6）內(nèi)部變形率:指是單位長度上的內(nèi)部變形量，用表示，表達式為：第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

5）外觀變形率第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§159

1)低碳鋼熱循環(huán)的最高溫度小于500℃時:1.加熱溫度較低:

材料變形在彈性范圍內(nèi)---當桿件溫度恢復到初始溫度，桿件將自由收縮到原來長度壓應(yīng)力將全部消失.2.加熱溫度較高:

當壓縮變形率超過材料屈服變形率時，桿件將發(fā)生壓縮塑性變形，變形率由彈性變形率和塑性變形率兩部分組成.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述1)低碳鋼熱循環(huán)的最高溫度小于500℃時:第一章1602)低碳鋼熱循環(huán)最高溫度超過600℃:A.加熱過程：桿件受到完全約束而沒有任何自由變形，開始加熱即產(chǎn)生壓縮彈性變形.隨溫度升高，達到屈服應(yīng)變出現(xiàn)壓縮塑性變形.溫度達500℃繼續(xù)升溫，彈性變形減少而塑性變形增大.溫度升高/隨屈服點降低/壓應(yīng)力降低.在溫度600℃,材料屈服點降到零，材料處于全塑性狀態(tài)/壓應(yīng)力消失/變形全為塑性變形.B.冷卻過程：桿件冷卻到600℃性能開始恢復，屈服點逐漸升高，此時隨桿件冷卻，桿端將不以4‘為起點而以4為起點收縮.由于收縮時又受到約束，桿內(nèi)必將產(chǎn)生拉伸變形和拉應(yīng)力.當溫度已下降至500℃，材料完全恢復彈性，拉伸塑性變形不斷增加，而拉應(yīng)力達到屈服點則不再增加.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述2)低碳鋼熱循環(huán)最高溫度超過600℃:第一章焊接161

結(jié)論：構(gòu)件均勻加熱時，如在升溫過程中產(chǎn)生了塑性變形，那么在自由冷卻時，此變形將保留下來而形成殘余變形。對于完全約束的桿件，在不高的溫度(對低碳鋼可推導出這個溫度約為100℃)時即產(chǎn)生壓縮塑性變形，該變形在自由冷卻后將被保留下來。如果在冷卻時受約束，則必然會產(chǎn)生拉應(yīng)變和拉應(yīng)力。完全受約束桿件，即使加熱溫度不高(對低碳鋼而言，加熱溫度超過200℃)，產(chǎn)生的壓縮塑性變形也足以使其在冷卻時產(chǎn)生拉應(yīng)力達到材料拉伸屈服點.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述結(jié)論：構(gòu)件均勻加熱時，如在升溫過程中產(chǎn)生了塑性變162第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概163焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件164第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概165焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件166第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述

內(nèi)部變形(率)<s:發(fā)生彈性變形;當

>s時--產(chǎn)生彈性/塑性變形.

板條分四個區(qū)域：1)完全彈性變形區(qū):變形率均小于s，冷卻后無殘留塑性變形.2)T≤500℃區(qū)域是彈性區(qū)和部分塑性變形區(qū).冷卻后塑性變形部分保留.3)500℃≤T<600℃區(qū)域是部分塑性變形到完全塑性變形區(qū),冷卻后塑性變形則全部保留.4)T>600℃的區(qū)域是完全塑性區(qū).600℃以上纖維在伸長和縮短時都沒有任何阻力，該區(qū)塑性變形冷卻時將不保留.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概167第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概168結(jié)論1:

板條堆焊后其殘余應(yīng)力分布和變形大小完全取決于加熱過程中所產(chǎn)生壓縮塑性變形區(qū)大小和分布.凡是影響壓縮塑性變形區(qū)大小和分布因素都會對板條中殘余應(yīng)力和變形產(chǎn)生影響.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述結(jié)論1:第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力169第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述結(jié)論2:

內(nèi)部變形率小于金屬屈服限變形率s,不存在殘余應(yīng)力和變形；內(nèi)部變形率大于金屬屈服限變形率s，將出現(xiàn)殘余應(yīng)力,板條將產(chǎn)生殘余彎曲變形和收縮變形，但方向與加熱相反.變形位置則由平衡條件決定.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概1704．相變對應(yīng)力和變形的影響低碳鋼相變點Ac1溫度(723℃)---材料呈完全塑性狀態(tài)，奧氏體轉(zhuǎn)變時體積變化不受任何阻力，所以對應(yīng)力和變形不產(chǎn)生影響.

焊后出現(xiàn)低溫馬氏體轉(zhuǎn)變:馬氏體轉(zhuǎn)變溫度為200—300℃---材料已完全恢復彈性，馬氏體轉(zhuǎn)變時體積膨脹受到周圍金屬阻礙而產(chǎn)生相變應(yīng)力.在焊縫金屬馬氏體膨脹使得該區(qū)內(nèi)殘余拉應(yīng)力減小，甚至出現(xiàn)壓應(yīng)力.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述4．相變對應(yīng)力和變形的影響第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1715．影響焊接應(yīng)力與變形的主要因素

1)焊縫/近縫區(qū)不均勻加熱范圍和程度.包括焊縫尺寸/數(shù)量及位置/材料熱物理性能/焊接工藝方法和參數(shù)(電流/電壓/焊速)以及焊接操作方法(直通焊/分段跳焊/逆向分段焊)因素.2)焊件剛度/周圍環(huán)境拘束度(如焊接構(gòu)件尺寸和形狀/焊接夾具)/焊縫布置及裝配焊接次序.構(gòu)件在小拘束條件下焊接變形大/應(yīng)力??；反之，焊接變形小/應(yīng)力大.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-1焊接應(yīng)力及變形概述5．影響焊接應(yīng)力與變形的主要因素第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變172

概念：在焊接過程全部結(jié)束，焊件完全冷卻后殘余在焊件中的內(nèi)應(yīng)力叫做焊接殘余應(yīng)力.

在厚度δ<15～20mm的常規(guī)焊接結(jié)構(gòu)中殘余應(yīng)力呈現(xiàn)雙軸分布，厚度方向應(yīng)力很小.在大厚度焊接結(jié)構(gòu)中厚度方向應(yīng)力比較大.a.沿焊縫方向作用的殘余應(yīng)力稱為縱向焊接殘余應(yīng)力σx.b.沿垂直于焊縫方向作用的殘余應(yīng)力稱為橫向焊接殘余應(yīng)力σy.c.沿厚度方向作用的殘余應(yīng)力用σz表示.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力概念：在焊接過程全部結(jié)束，焊件完全冷卻173

1.縱向焊接殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力分布與焊接過程形成塑性壓縮變形的大小/分布有關(guān)，影響壓縮塑性變形因素都能影響殘余應(yīng)力分布.a.構(gòu)件幾何尺寸/結(jié)構(gòu)形式；

b.焊接方法/焊接參數(shù).

分四種情況分析：1）板邊堆焊；2）等寬度板對接焊縫；3）不等邊板對接焊縫；4）相變影響.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力1.縱向焊接殘余應(yīng)力第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形174焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件175焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件176焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件177焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1782．橫向殘余應(yīng)力分布橫向殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因復雜:1）在焊接過程中焊縫及近縫區(qū)金屬橫向收縮先后次序不同，使對接兩塊板有產(chǎn)生平面內(nèi)彎曲趨勢而出現(xiàn)橫向殘余應(yīng)力；2）縱向收縮造成板平面內(nèi)彎曲趨勢也引起橫向殘余應(yīng)力.

橫向應(yīng)力σy由兩部分組成：一由于焊縫及其附近塑性變形區(qū)縱向收縮所引起，用σy’表示,分布規(guī)律為中部為拉而兩端為壓；另一個是由焊縫及附近塑性變形區(qū)橫向收縮不同時性所引起，用σy”表示.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力2．橫向殘余應(yīng)力分布第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§179焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件180

橫向應(yīng)力另一個組成部分σy”.由于焊縫不是同時完成，各部分有先焊和后焊之分.

先焊部分先冷卻/先收縮，后焊部分后冷.卻/后收縮.先焊/先冷卻部分又限制后焊/后冷卻部分橫向收縮，這種限制和反限制構(gòu)成了橫向σy”.

注意：σy”分布與焊接方向、分段方法以及焊接順序有關(guān).

分段退焊法可使橫向殘余應(yīng)力出現(xiàn)拉壓交替分布狀態(tài)，應(yīng)力峰值較低，分布較為均勻.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力橫向應(yīng)力另一個組成部分σy”.由于焊縫不是同時完181焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件182焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1833．厚板中殘余應(yīng)力分布3．厚板中殘余應(yīng)力分布184焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1854．焊接工(H形)形/箱形/T形結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力4．焊接工(H形)形/箱形/T形結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力1865．拘束條件下焊接的殘余應(yīng)力5．拘束條件下焊接的殘余應(yīng)力1875．拘束條件下焊接的殘余應(yīng)力條件:a.構(gòu)件在拘束狀態(tài)下焊接b.構(gòu)件本身剛度大.概念:構(gòu)件在拘束狀態(tài)下焊接產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為拘束應(yīng)力.規(guī)律:a.焊縫較短時拘束應(yīng)力大小不變,焊縫較長則拘束應(yīng)力沿焊接方向逐漸增大.b.拘束長度(兩固定端之距離)越大則拘束應(yīng)力越小.c板厚增大拘束應(yīng)力變大.d.焊接熱輸入增大拘束應(yīng)力則增大.總結(jié):1)拘束條件下焊接應(yīng)力是拘束應(yīng)力與自由狀態(tài)下焊接殘余應(yīng)力這兩項應(yīng)力綜合.2)拘束應(yīng)力是拉應(yīng)力，它對構(gòu)件影響較大，需采取措施減小構(gòu)件剛度，防止產(chǎn)生過大拘束應(yīng)力.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力5．拘束條件下焊接的殘余應(yīng)力第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

188焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件189焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件190焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1916.圓筒縱/環(huán)縫焊接殘余應(yīng)力圓筒縱向焊縫焊接殘余應(yīng)力分布類似于平板對接時應(yīng)力分布.

環(huán)焊縫殘余應(yīng)力分布規(guī)律:a.環(huán)焊縫殘余應(yīng)力分布與筒體剛度和材料有關(guān).b.環(huán)縫殘余應(yīng)力小于平板對接焊縫中相應(yīng)應(yīng)力數(shù)值.c.環(huán)縫徑向收縮導致彎曲應(yīng)力產(chǎn)生,一般內(nèi)外表面上的分布是對稱的.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力6.圓筒縱/環(huán)縫焊接殘余應(yīng)力第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

192焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件193二焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)使用性能的影響1.對結(jié)構(gòu)強度的影響結(jié)論1：對于延性材料內(nèi)應(yīng)力對靜強度沒影響.

材料處于脆性狀態(tài)不能進行塑性變形，隨著外力增加構(gòu)件不能產(chǎn)生應(yīng)力均勻化，應(yīng)力峰值不斷增加，直到材料強度極限σb而發(fā)生局部破壞.結(jié)論2：對于脆性材料內(nèi)應(yīng)力對靜強度有不利影響.

塑性變形產(chǎn)生的必要條件是切應(yīng)力的存在，而在三軸等值拉應(yīng)力作用下切應(yīng)力τmax=0,不可能產(chǎn)生塑性變形.結(jié)論3：無論是脆性材料還是延性材料，三軸拉伸內(nèi)應(yīng)力將阻礙塑性變形產(chǎn)生，承載能力（靜強度）有不利影響.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力二焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)使用性能的影響第一章焊接結(jié)構(gòu)中194焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件195焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1962.對結(jié)構(gòu)加工尺寸精度的影響機械切削加工把一部分材料從工件上切去，如果工件中存在著內(nèi)應(yīng)力，那么把一部分材料切去的同時，把原先在那里的內(nèi)應(yīng)力也一起去掉，從而破壞了原來工件中內(nèi)應(yīng)力的平衡，使工件產(chǎn)生變形，加工精度也就受到了影響.保證加工精度辦法：

1.先消除焊接內(nèi)應(yīng)力然后再進行機械加工；

2.調(diào)整機加工工藝,如分次加工與交替加工.

注意：焊接應(yīng)力是否長期穩(wěn)定，亦即焊接應(yīng)力是否會在長期存放過程中隨時間變化而破壞已經(jīng)加工完畢的工件尺寸的精度.第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

§1-2焊接殘余應(yīng)力2.對結(jié)構(gòu)加工尺寸精度的影響第一章焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形

197焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力與變形課件1983.對結(jié)構(gòu)剛度的影響構(gòu)件伸長與外力關(guān)系：

P—外力；L—長度；E―彈性模量；F―截面積假設(shè)tgα＝P／△L=E×F/L表征構(gòu)件剛度:

假設(shè)b區(qū)拉伸內(nèi)應(yīng)力σ1=σs，兩側(cè)為壓應(yīng)力σ2.b區(qū)應(yīng)力達到σs，應(yīng)力不能增加,由（