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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2024/10/8,第,2,章,焊接应力与变形,2,.1,焊接应力与变形,内力-,物体受到外力作用时和加热引起物体内部之间相互作用的力，称内力。,单位截面积上的内力称为,内应力,。,内应力-,在没有外力的条件下,平衡于物,体内部的应力。,按产生原因分类有：,热应力、相变应力、塑变应力。,2024/10/8,热应力-,是指在加热过程中，焊件内部温度有差异所引起的应力，故又称温差应力。,相变应力-,是指在加热过程中，局部,金属发生相变,，使比容增大或减小而引起的应力。,塑变应力-,是指金属局部发生,拉伸或压缩塑性变形,后引起的内应力。,2024/10/8,1.温度应力由于不均匀受热,2024/10/8,2.变形,弹性变形,塑性变形,自由变形,非自由变形（包括外观变形和内部变形）。,弹性变形、自由变形,-应力为0，变形为0；,塑性变形,-理想状态应力为0，变形为0；否则,不为0。,2024/10/8,自由变形：,L,T,= ,0,L,0,(T,1,- T,0,),L,T,自由变形量；,L,0,原长；,0,金属材料的线胀系数；,T,1,加热的温度；,T,0,原始温度。,T,=,=,(T,1,- T,0,),2024/10/8,非自由变形,L=(L,T,-,L,e,),L ,内部变形,未表现出的那部分变形,L,e,外观变形 表现出的那部分变形,（满足自由变形规律）,2024/10/8,3,.研究焊接应力与变形基本假定,(1),平截面假定,：构件变形时整个横截面是平行移动或转动；,(2,),金属性能不变的假定,：物理性能不随温度的变化而变化。,(2),金属屈服点的假定,：,可见低碳钢温度大于600,内应力为零.,2024/10/8,2,.2 焊接应力与变形产生的原因,1.,不受约束的自由杆件,均匀加热和冷却时应力变形,结论:没有残余应力和残余变形.,应用：焊接生产采用整体预热和后热,可以减少残余应,力,.,2024/10/8,2.,受拘束,件在热循环中的应力与变形,（1）若,s,（,弹性变形,）,加热时：,T,应力,s, ;,冷却时：,T,应力,s,.,2024/10/8,（2）,若,s,T,Max,500,加热时 ：,T,应力,s,，,p,压缩塑性变形,;,冷却时 ：,T,应力,s,=0,，,p,拉伸塑性变形,2024/10/8,（,3,）,若,s,温度大于600,若金属板条是互不相连的小窄条，,则变形为图2-,2a,所示。但金属因整体,变形保持一致，故实际变形为图2-,2b。,加热时，出现中心受压应力，两侧受,拉应力。冷却后，若加热应力,S，,则无内应力；若加热应力 ,则中心受压，两侧受拉。,高温区应力为0变形不为0,2024/10/8,3,长板条不均匀受热时的应力和变形,（1）三个板条加热、冷却自由变形,当三个板条均处于自由状态，对,B,板条进行加热时，,B,独立伸长，板条,A、C,未受热，所以长度无变化。,2024/10/8,（,2,）三个板条加热、冷却非自由变形,2024/10/8,（,3,）中心加热实验的应力与变形,2024/10/8,中心加热实验的应力与变形,2024/10/8,结论,1、板条中心对称加热时，板条中产生温度应力，中心受压两边受拉。,2、若不产生压缩塑性变形，, ,s,则冷却后内应力消失，平板复原，没有残余变形。,3,、若,s,，,当温度恢复到原始状态时，有残余应力，,中心受拉两侧受压。且有残余变形。,其方向与加热时相反。,2024/10/8,（,4,）非对称加热应力与变形,2024/10/8,焊后产生应力与变形,2024/10/8,4 焊接引起的内应力及变形,（1） 焊接应力与变形的特殊性,2024/10/8,（2）焊接应力变形的演变过程,2024/10/8,焊接应力变形的演变过程,2024/10/8,（,3,）焊接热应变循环组织应力,2024/10/8,（,4,）焊接瞬态应力变形,2024/10/8,计算机模拟焊接应力,2024/10/8,2024/10/8,小结,在平板条中心堆焊，由于板条在焊接过程中是一个不均匀受热的整体，焊接时沿焊缝长度产生伸长变形，焊缝及其附近产生压应力；,远离焊缝区的两侧产生拉应力。,焊接结束后，板条产生缩短的残余变形，同时在焊缝及其附近产生残余拉应力；,远离焊缝区两侧产生残余压应力,。,（,1,）根据应力与焊 缝的相对位置,（,2,）根据应力形成原因,2,.,3,焊接残余应力及分布,2024/10/8,焊接残余应力,平行焊缝轴线方向的应力称纵向残余应力，,垂直焊缝轴线的应力为,横向残余应力,，厚度方向,的残余应力。,在厚度小于,20mm,的对接接头结构中，厚度方,向应力较小。,2024/10/8,（横截面）,1.,纵向残余应力,2024/10/8,（,1,）焊缝长度对纵向应力（,纵截面,）的影响,2024/10/8,（,2,）,T,形接头的纵向应力分布,2024/10/8,（,3,） 对接圆筒环焊缝的纵向残余应力,（切向应力）,如直径为,1200mm,，壁厚为,6mm,的低碳钢圆筒，环缝中的为,210N/mm,2,，而直径为,384mm,，壁厚也为,6mm,的圆筒环焊缝中的为,115N/mm,2,。,2024/10/8,2.,横向应力,横向残余应力有两部分组成：,一部分是由焊缝及其附近塑性区的纵向收缩引起的横向应力,y,；,2024/10/8,(1),纵向收缩引起的焊缝横向应力,随焊缝长度变化：,2024/10/8,（,2,）焊缝横向收缩引起的横向应力,y,先焊部分先冷却，后焊部分后冷却。先冷却,的焊缝限制后冷却焊缝的横向收缩，导致最后,收缩的焊缝受,拉应力。,2024/10/8,3.,厚度方向的残余应力,随着填充材料厚度的增加，横向收缩应,力也沿,z,轴向上移动，并在已填充的坡口的,纵截面上引起应力。,2024/10/8,厚度方向应力为压应力,2024/10/8,4.,管板焊接的残余应力分布,2024/10/8,5.,工字梁中的残余应力,2024/10/8,6.,拘束状态下焊缝的残余应力分布,2024/10/8,2.4,残余应力对结构的影响,对静载强度的影响,对构件加工尺寸精度的影响,对受压杆件稳定性的影响,对应力腐蚀裂纹的影响,焊接变形及其对钢结构的影响,2024/10/8,2024/10/8,1.,对静载强度的影响,2024/10/8,2.,对构件加工尺寸精度的影响,球形焊接件变形,2024/10/8,2024/10/8,4.,对应力腐蚀裂纹的影响,金属材料在某些,特定介质,和,拉应力,的共同作用下发生的延迟开裂现象，称为应力腐蚀裂纹。,应力腐蚀裂纹主要是由材质、腐蚀介质和拉应力共同作用的结果。,残余拉应力大小对腐蚀速度有很大的影响，当焊接残余应力与外载荷产生的拉应力叠加后的拉应力值越高，产生应力腐蚀裂纹的倾向就高，发生应力腐蚀开裂的时间就越短。,2024/10/8,5.,焊接变形及其对钢结构的影响,（,1,）钢结构整体如果产生扭曲变形，就会,降低承载能力、降低使用寿命,，甚至不能,使用。,（,2,）变形会,浪费工时、增加生产周期,，或,矫正变形过程中使构件产生加工硬化。,2024/10/8,2.5,消除焊接残余应力的方法,消除焊接残余应力的方法有：,热处理、锤击、振动法和加载法等。,1.,热处理,对碳钢及中、低合金钢，加热温度为,580,680,；铸铁为,600,650,，保温时,间一般根据每毫米板厚保温,1,2min,计算，,但总时间不,少于,30min,，最长不超过,3h,。,2024/10/8,2.,锤击法,锤击时要掌握好打击力量，保持均匀、适度，避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。另外，,焊后要及时锤击，除打底层不宜锤击外，,其余焊完每一层或每一道都要进行锤击。锤击铸铁时要避开石墨膨胀温度。,避免在蓝脆区敲击,200-300,。,2024/10/8,3.,振动消除法,截面为,30mm50mm,一侧堆焊的试件，经过,=128N/mm2,和,=5.6N/mm2,多次应力循环后，残余应力的变化情况。由图中看出，当载荷达到一定数值，经过多次循环加载后，焊件中的残余应力逐渐降低。,2024/10/8,2.6,焊接残余应力测定方法,应力释放法,1、切条法,2、套孔法,3、小孔法,4、逐层铣削法,5,、物理法,（,1,）,X,射线衍射法,（,2,）磁应力测试法,焊接残余应力测定方法,1.,小孔法：,是应力破坏性最小的一种，原理是：在应力场中钻一个小孔，应力平衡受到破坏，钻孔周围的应力重新调整，测得孔附近的应变片的变化，可用弹性力学推算小孔处的应力。,2.,套孔法：,采用套料钻或管形电火花加工环形孔来释放应力，在孔内预先贴上应变片，可以算出表面残余应力，切削深度为,0.60.8D,，破坏性不大。,2024/10/8,3,.切条法,4,、,X,射线衍射法,原理：,晶体在应力的作用下，原子间距发生变化，其变化与应力大小成正比，当用,X,射线，以掠角 入射到晶体表面时，如果 能满足,2dSin =n,，则,X,射线在反射方向因干涉而加强。,缺点：,2024/10/8,小 结,焊接应力通常指焊接残余应力：,分为纵向、横向、厚度方向残余应力。,残余应力危害：,降低承载能力、降低疲劳强度、尺寸精度、耐腐蚀性。,测定残余应力方法：,钻孔法、,X,射线法，但不准确。,2024/10/8,作业思考题,2,1.焊接应力分类？分析焊接纵向残余应力是如何形成的？,2. 焊接残余横向应力如何形成？如何防止焊接应力？,3. 焊接应力对焊接结构的影响？分析,T,型结构、,H,型结构应力变化与焊件尺寸的影响？,4. 测定焊接应力的方法有哪些？,5.,网上查关于焊接应力引起焊接结构件破坏事故图片或案例。,
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