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1、第11章 焊接应力与变形,学习目标掌握内应力及其产生机理、焊接条件下应力与变形的产生演变过程；了解焊接残余应力与变形的分布规律、对焊接结构力学性能的影响及控制、消除焊接残余应力与变形的方法。主要内容第1节 焊接应力和变形的形成过程第2节 焊接残余应力第3节 焊接残余变形,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,1,第1节 焊接应力和变形的形成过程,一、内应力与内部变形的基本概念1、内应力及产生的原因 内应力：在没有任何外力作用下，平衡于弹性体内的应力。内应力之和与内力矩之和为零。内应力的分类：a、按分布尺度范围分宏观应力或第一类应力 微观应力或第二类应力 超微观应力或第三类应力,2023/
2、4/3,2,第十一章 焊接应力与变形,第1节 焊接应力和变形的形成过程,b、按产生原因分温度应力（热应力）：由于构件受热不均引起的应力。组织应力：金属发生固态相变所产生的应力。塑变应力：金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起的内应力。C、按存在方式分残余应力：当产生应力的各种因素的作用不复存在时，由于不均匀的塑性形变和不均匀的相变所致，在物体内部依然存在并自身保持平衡的应力。瞬时应力：某一瞬时由产生应力的各种因素作用而产生的存在于物体内部的应力。,2023/4/3,3,第十一章 焊接应力与变形,第1节 焊接应力和变形的形成过程,2、内部变形自由变形：没有外界任何阻碍而产生 自由变形率外观变形：受
3、到外界阻碍部分表现出来的变形 外观变形率内部变形：受到外界阻碍而没有表现出来的变形 内部变形率三者关系：=e-T 弹性范围内内应力与内部变形的关系：=E=E（e-T）,2023/4/3,4,第十一章 焊接应力与变形,二、热循环中的应力与变形的演变过程金属的力学性能随温度的变化（低碳钢）T500，s是常数T=500-600，s急降到0600以上，s0,第1节 焊接应力和变形的形成过程,2023/4/3,5,第十一章 焊接应力与变形,第1节 焊接应力和变形的形成过程,1、内部应变小于屈服应变（|s），Tmax600）,2023/4/3,6,第十一章 焊接应力与变形,第1节 焊接应力和变形的形成过程
4、,三、焊接过程中应力和变形的形成1、平板中心加热时的纵向应力 和变形 平面假设原理：当构件受纵向力或弯矩作用而变形时，在构件中的平截面始终保持是平面,板条中心加热时的应力与变形,2023/4/3,7,第十一章 焊接应力与变形,第1节 焊接应力和变形的形成过程,2、焊接条件下的应力和变形的分布（平板对接焊）T600区域：s0无应力 500T600：s：0室温值；应力值随s而 区域 内应力等于室温时的s 区域 弹性状态；内应力与内应变成正比,2023/4/3,8,第十一章 焊接应力与变形,第2节 焊接残余应力,2023/4/3,9,第十一章 焊接应力与变形,钢板条中心加热和冷却时的应力与变形a)原
5、始状态 b)、c)加热过程 d)、e)冷却过程,一、焊接残余应力的分布,第2节 焊接残余应力,1、纵向残余应力x焊缝及其附近区域为拉应力，离开焊缝区，拉应力迅速下降，随后出现压应力。沿焊缝长度方向的分布与焊缝的长度等因素有关。,2023/4/3,10,第十一章 焊接应力与变形,第2节 焊接残余应力,2、横向残余应力y 纵向收缩引起残余应力y,2023/4/3,11,第十一章 焊接应力与变形,第2节 焊接残余应力,横向收缩不同时引起y,2023/4/3,12,第十一章 焊接应力与变形,第2节 焊接残余应力,3、厚板中的残余应力,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,13,第2节 焊接残余应
6、力,二、焊接残余应力对焊接结构性能的影响1、对静载强度的影响焊接残余应力的存在将明显降低脆性材料结构的静载强度。,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,14,塑性材料,脆性材料,第2节 焊接残余应力,2、对机加工精度的影响为了保证加工精度，应对焊件先进行消除应力处理，再进行机械加工。3、对结构受压稳定性的影响,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,15,第2节 焊接残余应力,4、对刚度的影响 5、对应力腐蚀开裂的影响 应力腐蚀开裂是拉伸残余应力和腐蚀介质共同作用下产生裂纹的现象。,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,16,第2节 焊接残余应力,三、残余应力的控制和消除措施1
7、、在焊接过程中调节应力采用合理的焊接顺序和方向尽量让焊缝能自由收缩，一般先焊收缩量大的焊缝；或先焊工作时受力较大的焊缝。减小接头的刚度采用局部加热法,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,17,第2节 焊接残余应力,2、焊后消除应力机械拉伸法焊后热处理（高温回火）,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,18,第3节 焊接残余变形,一、焊接残余变形的基本形式按照变形的外观形态来分，可分为：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,19,a)收缩变形 b)角变形 c)翘/挠曲变形 d)波浪变形 e)扭曲变形,第3节 焊接残余变形,收缩变
8、形：焊件尺寸比焊前缩短的现象。,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,20,L,B,第3节 焊接残余变形,翘/挠曲变形：焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称。,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,21,第3节 焊接残余变形,角变形：横向收缩沿板厚分布不均匀。波浪变形：板厚小于6mm的薄板结构 产生的失稳变形。,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,22,第3节 焊接残余变形,错边：焊件热膨胀不一致。扭曲/螺旋形变形：角变形沿焊缝长度方向分布不均匀。,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,23,点固,选择合理的坡口形式,第3节 焊接残余变形,二、焊接残余变形的控
9、制与矫正1、控制措施设计措施：合理选择焊件尺寸 合理选择焊缝尺寸和坡口形式 尽量减少不必要的焊缝 合理安排焊缝位置,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,24,选择最小的焊缝尺寸,第3节 焊接残余变形,工艺措施：反变形法,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,25,第3节 焊接残余变形,刚性固定法：将焊件固定在刚性平台上将焊件组合成刚度更大或对称的结构利用焊接夹具增加结构的刚度和拘束利用临时支撑增加结构的拘束,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,26,第3节 焊接残余变形,合理选择焊接方法及焊接规范采用合理的装配焊接顺序,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,27,第3节 焊接残余变形,2、矫正方法机械矫正法火焰加热矫正法,2023/4/3,第十一章 焊接应力与变形,28,
