第一部分焊接應力與變形77

本文格式為Word版，下載可任意編輯——第一部分焊接應力與變形77第一章焊接應力與變形n第一節(jié)焊接應力與變形的產(chǎn)生n其次節(jié)焊接剩余應力n第三節(jié)焊接變形焊接時由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不平勻最終導致在布局內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應力與變形第一節(jié)焊接應力與變形的產(chǎn)生一焊接應力與變形的根本學識二研究焊接應力與變形的根本假定三焊接應力與變形產(chǎn)生的理由返回焊接應力與變形的根本學識1變形物體在外力或溫度等因素的作用下其外形和尺寸發(fā)生變化這種變化稱為物體的變形變形可分為彈性和塑性變形按拘束條件分為自由變形和非自由變形而非自由變形中有外觀變形和內(nèi)部變形兩種如圖112應力物體受外力作用后所導致物體內(nèi)部之間的相互作用力按引起內(nèi)力理由的不同可分為工作應力和內(nèi)應力內(nèi)應力的顯著特點在物體內(nèi)部內(nèi)應力是自成平衡的形成一個平衡力系3焊接應力與焊接變形焊接應力是焊接過程中及焊接過程終止后存在于焊件中的內(nèi)應力焊接變形是由焊接而引起的焊件尺寸的變更返回圖11金屬桿件的變形a自由變形b非自由變形返回LT是自由變形LTLL0如圖aLe是外觀變形L是內(nèi)部變形LLTLe如圖bT是自由變形率TLTL0TT0外觀變形率eLeL0內(nèi)部變形率LL0研究焊接應力與變形的根本假定金屬在焊接過程中其物理性能和力學性能都會發(fā)生繁雜的變化為了分析問題便當對金屬材料焊接應力與變形作以下假定1平截面假定假定構(gòu)件在焊前所取的截面焊后仍保持平面2金屬性質(zhì)不變的假定假定在焊接過程中材料的某些熱物理性質(zhì)不隨溫度而變化3金屬屈服點假定如圖124焊接溫度場假定假定焊接溫度場不隨時間而變更返回圖12低碳鋼的屈服點與溫度的關(guān)系在500以下屈服點與常溫一致不隨溫度而變化500600之間屈服點急速下降600以上時呈全塑性狀態(tài)即屈服點為零返回焊接應力與變形產(chǎn)生的理由1焊件的不平勻受熱2焊縫金屬的收縮3金屬組織的變化鋼在加熱與冷卻過程中發(fā)生相變可得到不同的組織這些組織的比體積不一樣由此造成焊接應力與變形4焊件的剛性和拘束焊件自身的剛性及受周邊的拘束程度越大焊接變形越小焊接應力越大返回焊件的不平勻受熱1不受約束的桿件在平勻加熱時的應力與變形冷卻后不會有任何殘余應力與變形2受約束的桿件在平勻加熱時的應力與變形1當加熱溫度TTs時可能展現(xiàn)以下三種處境a假設(shè)桿件能充分自由收縮那么桿件中只展現(xiàn)剩余變形面無剩余應力b假設(shè)桿件受十足拘束那么桿件中沒有剩余變形而存在較大的剩余應力c假設(shè)桿件收縮不充分那么桿件中既有剩余應力又有剩余變形3長板條中心加熱引起的應力與變形如圖134長板條一側(cè)加熱引起的應力與變形如圖14下一頁圖13鋼板條中心加熱和冷卻時的應力與變形a原始狀態(tài)bc加熱過程de冷卻過程返回圖14鋼板邊緣一側(cè)加熱和冷卻時的應力與變形a原始狀態(tài)b假設(shè)各板條的伸長c加熱后的變形d假設(shè)各板條的收縮e冷卻后的變形abcde返回由上述議論可知1對構(gòu)件舉行不平勻加熱在加熱過程中只要溫度高于材料屈服點的溫度構(gòu)件就會產(chǎn)生壓縮塑性變形冷卻后構(gòu)件必然有剩余應力和剩余變形2通常焊接過程中焊件的變形方向與焊后焊件的變形方向相反3焊接加熱時焊縫及其鄰近區(qū)域?qū)a(chǎn)生壓縮塑性變形冷卻時壓縮塑性變形區(qū)要收縮4焊接過程中及焊接終止后焊件中的應力分布是不平勻的焊接終止后焊縫及其鄰近區(qū)域的剩余應力通常是拉應力返回其次節(jié)焊接剩余應力n一焊接剩余應力的分類n二焊接剩余應力的分布n三焊接剩余應力對焊接布局的影響n四減小焊接剩余應力的措施n五消釋焊接剩余應力的方法n六焊接剩余應力的測定返回焊接剩余應力的分類1按應力在焊件內(nèi)的空間位置分1一維空間應力即單向或單軸應力2二維空間應力即雙向或雙軸應力3三維空間應力即三向或三軸應力2按產(chǎn)生應力的理由分1熱應力又叫溫差應力它是在焊接過程中焊件內(nèi)部溫度有差異引起的應力2相變應力焊接過程中局部金屬發(fā)生相變其體積增大或減小而引起的應力3塑變應力金屬局部發(fā)生拉伸或壓縮塑性變形后引起的內(nèi)應力3按應力存在的時間分1焊接瞬時應力焊接過程中某一瞬時的焊接應力2焊接剩余應力焊件焊完冷卻后殘留在焊件內(nèi)的應力返回焊接剩余應力的分布1縱向剩余應力x的分布2橫向剩余應力y的分布3特殊處境下的剩余應力分布返回縱向剩余應力x的分布作用方向平行于焊縫軸線的剩余應力稱為縱向剩余應力在焊接布局中焊縫及其鄰近區(qū)域的縱向剩余應力為拉應力一般可達成材料的屈服點隨著離焊縫距離的增加拉應力急劇下降并轉(zhuǎn)為壓應力如圖15圖16圖17返回橫向剩余應力y的分布垂直于焊縫軸線的剩余應力稱為橫向剩余應力我們將其分為兩片面議論1焊縫及其鄰近塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向剩余應力y如圖18圖192橫向收縮所引起的橫向剩余應力y一條焊縫先焊的片面先冷卻后焊的片面后冷卻先冷卻的片面又限制后冷卻片面的橫向收縮這就引起了y如圖110總之橫向剩余應力的兩個組成片面同時存在焊件中的橫向剩余應力y是由y和y合成的返回圖15對接接頭縱向剩余應力在焊縫橫截面上的分布處境圖16板邊堆焊時的縱向剩余應力與變形圖17不同長度焊縫縱截面上縱向剩余應力的分布a短焊縫b長焊縫返回圖18縱向收縮引起的橫向剩余應力y的分布圖18縱向收縮引起的橫向剩余應力y的分布abcabc圖19不同長度平板對接焊時y的分布a短焊縫b中長焊縫c長焊縫返回圖110不同方向焊接時y的分布圖110不同方向焊接時y的分布ab返回特殊處境下的剩余應力分布1厚板中的焊接剩余應力除有縱向和橫向剩余應力外在厚度方向還有較大的剩余應力z如圖1112在拘束狀態(tài)下的焊接剩余應力如圖1123封閉焊縫中的剩余應力如圖1134焊接梁柱中的剩余應力如圖1145環(huán)形焊縫中的剩余力如圖115返回圖111圖111厚板電渣焊中沿厚度方向的剩余應力分布az在厚度上的分布bx在厚度上的分布cy在厚度上的分布bca返回圖112圖112拘束狀態(tài)下對接接頭的橫向剩余應力分布a拘束狀態(tài)下的焊接b拘束橫向剩余應力c焊接橫向剩余應力d合成橫剩余應力abcd返回圖113圖113圓形鑲塊閉焊縫的剩余應力a封閉焊縫b和r的分布ab返回圖114圖114焊接梁柱的縱向剩余應力分布a焊接T形梁的剩余應力b焊接工字梁的剩余應力c焊接箱形梁的剩余應力abc返回圖115圓筒環(huán)縫縱向剩余應力分布圖115圓筒環(huán)縫縱向剩余應力分布返回焊接剩余應力對焊接布局的影響1對焊接布局強度的影響焊接剩余應力的存在將明顯降低脆性材料布局的靜載強度2對構(gòu)件加工尺寸精度的影響為了保證加工精度應對焊件先舉行消釋應力處理再舉行機械加工3對受壓桿件穩(wěn)定性的影響若能使有效截面遠離壓桿中性軸可以改善其穩(wěn)定為了保證焊接布局具有良好的使用性能務必設(shè)法在焊接過程中減小焊接剩余應力有些重要布局焊后還務必采取措施消釋焊接剩余應力返回減小焊接剩余應力的措施1設(shè)計措施1盡量裁減布局上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸2制止焊縫過分集中焊縫間應保持足夠的距離如圖1173采用剛度較小的接頭形式如圖1182工藝措施1采用合理的裝配焊接依次和方向2預熱法3冷焊法盡量采用小的焊接熱輸入選用小直徑焊條小電流快速焊及多層多道焊4降低焊縫的拘束度如圖1255加熱減應區(qū)法此法在鑄鐵補焊中應用最多如圖126返回圖117返回圖117容器接納焊縫圖118b返回ab圖118焊接納的連接a插入式b翻邊式采用合理的裝配焊接依次和方向a應保證焊縫縱向和橫向收縮均能對比自由即先焊相互錯開的短焊縫后焊直通長焊縫如圖120b收縮量最大的焊縫應先焊如圖121c工作時受力最大的焊縫應先焊如圖122d平面交錯焊縫的焊接依次如圖123e對接焊縫與角接焊縫交錯的布局如圖124返回圖120拼接焊縫合理的裝配焊接依次返回123456789圖121圖121帶蓋板的雙工字梁布局焊接依次返回圖122圖122對接工字梁的焊接依次返回圖123圖123平面交錯焊縫的焊接依次abcd返回圖124圖124對接焊縫與角焊縫交錯返回圖125ab圖125降低局部剛度裁減內(nèi)應力a平板少量翻邊b鑲板壓凹返回圖126受熱后冷卻收縮區(qū)熱膨脹或冷卻收縮方向圖126加熱減應區(qū)法示意圖a加熱過程b冷卻過程返回被加熱的減應區(qū)在以下處境中一般應考慮消釋內(nèi)應力1在運輸安裝起動和運行中可能遇到低溫有發(fā)生脆性斷裂危害的厚截面焊接布局2厚度超過確定限度的焊接壓力容器3焊后機械加工量較大不消釋剩余應力難以保證加工精度的布局4對尺寸穩(wěn)定性要求較高的布局5有應力腐蝕危害的布局下一頁消釋焊接剩余應力的方法1熱處理法1整體熱處理2局部熱處理2機械拉伸法在構(gòu)件上施加確定的拉應力使焊縫及其鄰近產(chǎn)生拉伸塑性變形與焊接時在焊縫及其鄰近所產(chǎn)生的壓縮塑性變形相抵消一片面達成松弛焊接剩余應力的目的3溫差拉伸法采用局部加熱形成的溫差來拉伸壓縮塑性變形區(qū)4錘擊焊縫5振動法返回焊接剩余應力的測定1機械方法也稱應力釋放法它是利用機械加工將試件切開或切去一片面測定由此而釋放的彈性應變來推算構(gòu)件中原有的剩余應力1切條法只適用于測驗室中舉行研究工作2鉆孔法它適用于焊縫及其鄰近小范圍內(nèi)剩余應力的測定2物理方法是一種非破壞性測定剩余應力的方法1磁性法是利用鐵磁材料在磁場中磁化后的磁致伸縮效應來測量剩余應力的2X射線衍射法是根據(jù)測定金屬晶體的晶格常數(shù)在應力作用下發(fā)生的變化來測定剩余應力它是一種無損測量法3超聲波法它是根據(jù)超聲波在有應力的試件和無應力的試件中傳播速度的變化來測定剩余應力的返回第三節(jié)焊接變形n一焊接變形的種類及其影響因素n二操縱焊接變形的措施n三矯正焊接變形的方法返回焊接變形的種類及其影響因素按照變形的外觀形態(tài)來分可分為收縮變形角變形彎曲變形波浪變形和扭曲變形如圖1291收縮變形焊件尺寸比焊前縮短的現(xiàn)象如圖1302角變形產(chǎn)生的根本理由是由于焊縫的橫向收縮沿板厚分布不平勻所致如圖1343彎曲變形是由于焊縫的中心線與布局截面的中性軸不重合或不對