焊接应力ppt课件

加热 与冷却,受拘束,瞬时应力与应变,完全冷却后,残余应力与变形,第五节 焊接变形与焊接应力,1,一、 应 力,（一）应力的形成 （二）热应力的产生与分布,2,（一）应力的形成,温度变化,热膨胀 或收缩,热应力（自身拘束）,机械阻碍应力,（外部拘束）,固态相变 （伴随比容变化）,受阻,受阻,相变应力,3,（二）热应力的产生与分布,金属框架的局部加热与冷却 平板中心对焊接头的应力,4,例2、金属框架的局部加热与冷却,只对框架的中心杆件加热，两侧的杆件不加热，中心杆由于温度上升而伸长，但其伸长受到两侧杆件的阻碍而不能自由进行，故中心杆件受压缩作用，产生压应力； 两侧杆件在阻碍中心杆伸长的同时，受到了中心杆的反作用，产生拉应力。 拉应力与压应力在框架中互相平衡。,金属框架加热过程中的应力,如果加热温度不高，加热过程中的应力值始终低于材料的屈服极限，则框架内不会产生塑性变形，当框架的温度均匀化后，热应力随之消失。,如果加热产生的应力超过材料的屈服极限，则中心杆件将产生压缩塑性变形；当框架温度下降时，若中心杆件能自由收缩，则其长度理应比原来短，其缩短量就是压缩塑性变形量。,但实际上，框架两侧的杆件阻碍着中心杆件的收缩，从而使中心杆件受到拉应力的作用，而两侧杆件受到压应力的作用。这样在冷却后的框架中就形成了与加热过程相反的残余应力场。,金属框架冷却后的残余应力,5,以低碳钢板条中心堆焊为例，讨论焊接加热与冷却过程中沿焊缝纵向的焊接瞬时热应力与焊接残余应力分布情况。,焊缝纵向,焊缝横向,焊后残余应力,焊缝及HAZ受拉,6,产生焊接应力与变形,原因 焊件局部不均匀加热和冷却，膨胀和收缩受到牵制，相关部位产生焊接应力并出现变形。,焊接中,冷却后,应力规律 焊缝区拉应力（+） 远离焊缝两侧对应边缘压应力（-）,7,加热过程,冷却过程,8,焊接应力与变形产生,当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无 残余变形。 当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产 生残余变形。,9,二 应 变,板材对接焊件的变形种类 基本类型（1）收缩：中、厚板的纵向与横向收缩变形 派生类型（2）波浪变形：薄板的波浪失稳变形 （3）扭曲变形： （4）弯曲变形 （5）角变形 焊接梁的弯曲变形、T型梁的角变形,10,变形规律 焊接变形越大，焊接应力减小，通过变形来平衡或释放应力，即变形总朝力图减小焊接应力的方向弯曲或扭曲。,焊接变形形式 整体尺寸收缩、角变形、弯曲、扭曲等。,11,焊接梁的弯曲变形 T型梁的角变形,12,13,14,焊接变形与应力的危害 工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产 生不利影响。 产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。 焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。 残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。,15,合理布置和设计焊缝。焊缝布置要尽量对称，避免密集交叉，长度和横截面积也要尽可能小。 接局部加热，从而减少焊接应力。焊缝设计时应尽可能对称布置。,三、控制应力与变形的措施,16,焊缝尽可能分散,焊缝尽可能对称,17,18,19,采取合理的焊接顺序和方向，应力与变形是相互关联的，变形越大则应力越小。所以焊接时尽可能使焊缝能够自由地收缩，尽可能使焊接变形对称进行，以减小附加应力 应用小板拼接大板时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝（图a）。而图b）因先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度增加，而增大残余应力。,20,合理安排焊接次序：保证对称性,1 4 3 2,1 2 3 4,21,1,2,3,4,5,6,1 4 5 2 3 6,采用多层多道焊，能减少焊接变形,22,长焊缝采用分段倒退焊,23,返回文档,图 平板对接焊反变形,反变形法,24,图 采用反变形法减小焊接变形,b),25,刚性固定法,用夹具防止焊件变形示意图,26,27,刚性固定消除变形的方法,防止角变形,防止扭曲变形,28,焊后矫正处理 包括机械矫正和火焰矫正。,用机械力矫正变形示意图,用机械力上拱丁字梁火焰加热矫正矫示意图,29,严重的焊接变形应消 除，常采用机械矫正法，通常 只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。,30,校直,31,火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法，一 般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。,32,33,当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也 能减少焊接残余应力。 焊前预热和焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。,34,