焊接工程学(第七章)

1、四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第七章第七章焊接应力变形与接头强度焊接应力变形与接头强度四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛一、内应力和内部变形一、内应力和内部变形 第一节第一节 焊接应力和变形的形成过程焊接应力和变形的形成过程内应力是在没有外力的条件下产生并平衡于物体内部的应力内应力在物体内部构成平衡，即内力与内力矩之和为零内应力不同于外载条件下产生的应力不论是自

2、由状态下的焊接，还是拘束条件下（通过夹具紧固）的焊接，一般均有内应力出现四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 第一节 焊接应力和变形的形成过程1、内应力原因分析图图1 1 内应力产生的金属框架模型内应力产生的金属框架模型只给右图金属框架的中心杆件加热，两边的杆件温度保持不变，中心杆件由于温度升高而伸长，由于其受到两边杆件的约束不能自由伸长，中心杆件将受到压力作用而产生压应力，两边杆件将受到中心杆件的拉应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Sc

3、ience and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2、内应力的分类第一类内应力宏观内应力，与物体尺寸大小相当，分布范围较大第三类内应力超微观内应力，在金属晶格的超微观范围内平衡第二类内应力微观内应力，其范围在一个或几个晶粒的微观区域内平衡根据内应力的存在方式，分为瞬时内应力和残余内应力第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛3、内部变形自由变形：物体在某些因素（如温度影响）作用下，无任何外界阻碍而自由进行的变形。 LT=aL0(T1

4、-T0)单位长度上的自由变形，即自由变形率，用T表示：T = LT/L0=a(T1-T0)=aTa、L0、T0、T1分别表示材料的热膨胀系数、杆件的原始长度、原始温度及加热后温度图图2 2 自由变形自由变形第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛外观变形：当物体的自由变形受到外界阻碍时只能部分表现出来的变形部分，即Le。单位长度上的外观变形，即为外观变形率，用e表示：e =Le/L0内部变形：物体自由变形受到外界阻碍而没有表现出来的变形部分，即L。单位长

5、度上的内部变形，即内部变形率，用表示：=L/L0图图3 3 外观变形和内部变形外观变形和内部变形第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛自由变形、外观变形和内部变形之间的关系一般而言，当材料拉伸时，其变形为正值；当受到压缩时，其变形量为负值。L=-(LTLe)=LeLT； =eT在弹性范围内，内应力与内部应变满足虎克定律：=E= E(eT)图图4 4 自由变形、外观变形和内部变形的关系自由变形、外观变形和内部变形的关系第一节 焊接应力和变形的形成过程四川

6、大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛二、热循环中应力与应变的演变过程假设受拘束的金属杆件为低碳钢棒，其长度为单位长度，并固定在绝缘的刚性壁之间，对其进行均匀加热然后均匀冷却至原始温度，完成热循环过程。假定热循环过程中低碳钢的热膨胀系数为常数，其屈服应变在500以下为常数，现分析当杆件的内部应变小于屈服应变时（s），应力和应变的演变过程第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊

7、接工程学焊接工程学楊楊 剛剛由于金属钢棒在整个热循环过程中被固定，故其外观变形量e=0；内部变形量=eT0t1：随温度升高，压缩的内部变形量增加，压应力上升t1：温度至最大值，内部变形和压应力也为最大t1t2：温度逐渐降低，内部变形及压应力减小t2：温度降至原始值，内部变形及压应力减至零图图5 5 受拘束碳钢棒热循受拘束碳钢棒热循环过程中的应力与变形环过程中的应力与变形第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛经过以上的热循环过程后，在低碳钢金属棒内没有残

8、余应力和残余变形，应力和变形的大小随时间而变化，且变化是瞬时性的第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛三、焊接过程中应力和变形的形成1、焊接热过程的特点加热的局部性热源仅作用在焊件的接头部位，焊件上的温度分布很不均匀，温差很大热源的移动性焊接过程中热源沿一定方向移动，在焊件上形成一种准稳定温度场加热速度和冷却速度快可在短时间内升至很高温度并降至很低温度，如加热速度可至1500/s以上第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School

9、 of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛图图6 6 低碳钢力学性能与温度的关系低碳钢力学性能与温度的关系1-1-弹性模量弹性模量E E；2-2-抗拉强度点抗拉强度点b b；3-3-屈服屈服点点s s；4-4-膨胀系数膨胀系数；5-5-伸长率伸长率焊接过程中应力和变形的过程十分复杂，比一般的热处理过程要复杂得多第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2、焊接条件下应力和变形的分布右图为

10、沿低碳钢板条长度方向焊一纵向焊缝，焊后温度升高造成的膨胀使端面从AA平移至A1A1，则AA1为外观变形e 。在DD区域内温度超过热塑性温度600，可认为该区域内s=0，不产生应力 图图7 7 低碳钢长板条中心焊接低碳钢长板条中心焊接的温度及应力分布的温度及应力分布第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛DC和DC区域的温度从600的热塑性温度降至 500的屈服应变温度，屈服应变s从零上升到室温时的数值。这两个区域内的内应力大小是随屈服应变s的增加而增加。

11、在CB和CB区域内(e-T)s，故内应变为室温时的s并保持不变。AB和AB区域内金属完全处于弹性状态，其内应力正比于内部应变值图图7 7 低碳钢长板条中心焊接的低碳钢长板条中心焊接的温度及应力分布温度及应力分布第一节 焊接应力和变形的形成过程四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第二节 焊接残余应力焊接残余应力是焊接后残留在焊接结构中的应力。薄板时视为二维分布，厚板时则为三维分布一般而言，将平行于焊缝方向的应力称为纵向残余应力，x；将垂直于焊缝方向的应力称为横向残余应力，y；厚度方向

12、的残余应力用z表示四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛一、焊接残余应力的分布1、纵向残余应力x焊缝附近的纵向残余应力x为拉应力。离开焊缝区，拉应力迅速下降，随后出现压应力图图8 8 垂直焊缝截面的纵向残余应力垂直焊缝截面的纵向残余应力x x第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛焊缝中纵向残余应力x的分布并不完全相同，且与焊缝长度有关。长焊缝的中部区域x

13、基本保持一稳定的常数，在焊缝的两端x逐渐降为零；随焊缝长度的缩小，焊缝中部的x稳定区域逐渐减小直至消失；且短焊缝比长焊缝的x应力峰值小。若长焊缝进行分段焊接，可减少焊件的x图图9 9 不同长度焊缝的纵向残余应力不同长度焊缝的纵向残余应力x x第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2、横向残余应力y横向残余应力y由两部分组成：焊缝及附近塑性区的纵向收缩引起的横向残余应力y以及焊缝及附近塑性区的横向收缩不同时引起的横向残余应力y纵向收缩引起的横向残余应力y：沿焊缝方向

14、截面上的上、下端部为压应力，中部为拉应力图图10 10 纵向应纵向应力力x x引起的横引起的横向应力向应力y y 第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛在与焊缝距离不同的截面上，y的分布不同：离焊缝越远，应力值越小；当焊缝长宽比（L/B）增加时，y将随之增加。但当焊缝足够长时，中部区域的y将逐渐减小，甚至趋于零图图11 11 不同长度焊缝的不同长度焊缝的y y分布分布 第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing S

15、cience and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛横向收缩不同时引起的横向残余应力y：焊接过程中由于焊接热源对材料的加热存在时间上的先后顺序，因此其冷却不完全同步，这种冷却时的不同时性将引起材料的横向残余应力y图图12 12 焊缝横向收缩不焊缝横向收缩不同时引起的横向应力同时引起的横向应力y y第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛当焊接构件的厚度超过25mm时，除了有纵向残余应力x和横向残余应力y外，在厚度方向还有残余应力z下图为碳钢焊接

16、后焊接接头在厚度方向上的应力分布。由于焊缝正面和背面均有水冷铜块，故凝固过程中，中心部位冷却最慢，中心部位就有较高的拉应力3、厚板中的残余应力z图图13 13 低碳钢焊接接头的应力分布低碳钢焊接接头的应力分布z z第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛右图为低碳钢板材中的残余应力分布，中间为残余拉应力，两侧为压应力。在外力的作用下，构件内部应力应是残余应力和外力共同作用的结果 二、焊接残余应力对焊接结构性能的影响1、残余应力对静载强度的影响图图14 14 残余应力

17、对材料强度的影残余应力对材料强度的影响响第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛构件在外加拉力的作用下，残余应力为拉应力的区域将与外加拉力叠加而使拉力增大，直至屈服产生塑性变形；残余应力为压应力的区域与外加拉力叠加后，压应力逐渐变小并转变为拉应力。如果材料的塑性足够好，使其全面屈服而不破坏，则残余应力的存在并不影响静载强度第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工

18、程学焊接工程学楊楊 剛剛如果构件是塑性较低的材料，在外加拉力的作用下，应力峰值高的部位在发生塑性变形后应力继续上升，当达到材料的最大抗拉强度后，构件就会发生破坏。此时，残余应力的存在会影响其静载强度图图15 15 残余应力对材料强度的影响残余应力对材料强度的影响第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2、残余应力对机加工精度的影响在机械加工时，如果构件被切削部分的材料中有残余应力存在，机械加工后构件中残余应力的平衡状态将被破坏，残余应力将重新分布，并达到新的平衡。如

19、，对T型焊件进行平面加工后，工件将会出现翘曲变形；若在加工过程中用夹具将其夹紧，使之不发生变形，但松开夹具后，变形就会逐渐表现出来 对一些精度要求较高的构件，保证加工精度最好的办法是先消除焊接应力，再进行加工第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛对于某些细长的构件（如竖立的柱），当其长细比达到一定程度时（150），外载引起的压应力与构件中的残余压应力叠加，使该区域的应力值达到屈服点以后时，可能会使构件出现失稳现象3、残余应力对结构受压稳定性的影响图图16 16 工

20、字梁焊接后受压时的应力分析工字梁焊接后受压时的应力分析第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛4、焊接残余应力对应力腐蚀开裂的影响焊件在拉应力和腐蚀介质的共同作用下，易出现应力腐蚀开裂，如低碳钢在NaOH溶液中的腐蚀应力腐蚀开裂的原因和步骤：在腐蚀介质中，构件表面出现的局部腐蚀将形成微小蚀坑造成应力集中，并产生微小裂纹在腐蚀介质的作用下，裂纹尖端将被不断腐蚀，并在应力的作用下产生新的表面新表面又将被腐蚀介质腐蚀掉，并使裂纹扩展。当裂纹扩展到临界值时，在应力的作用下裂

21、纹将快速扩展造成脆断第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛应力腐蚀开裂所需的时间与应力大小有关。应力越大，发生断裂的时间越短图图17 17 不锈钢的不锈钢的应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂Cr18Ni9TiCr18Ni9TiCr25Ni20Cr25Ni20第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛三、焊接残余应力的控制和消除措施1、焊接残余应力的

22、控制采用合理的焊接顺序先焊收缩量大和工作应力大的焊缝图图18 18 焊接过程中焊接顺序的选择焊接过程中焊接顺序的选择第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛采用局部加热法通过局部加热既减少温度梯度降低内应力，同时局部加热产生的膨胀使焊接区产生与焊缝收缩时相反的变形，冷却时加热区的收缩和焊缝收缩一致，通过焊缝自由收缩降低内应力图图19 19 通过局部加热降低内应力通过局部加热降低内应力第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufactu

23、ring Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2、焊接后消除应力的措施机械拉伸法通过施加外载对焊件进行拉伸，焊件的拉应力区在外力的作用下总体拉力变大，甚至产生塑性变形；构件的压应力区将与外载的拉力相互抵消，甚至压应力完全消除图图20 20 通过加载降低内应力通过加载降低内应力第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛焊后热处理焊后热处理是将焊接构件整体或局部加热到某一温度，并保持一定时间，然后使其均匀冷却到室温，从而降低或消除应

24、力的方法A、局部高温回火在焊缝周围的局部区域内进行加热。该方法可改善焊接接头的力学性能，降低应力的峰值，但不能完全消除应力第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛冲击断口剪切唇B、整体高温回火将整个焊接构件在高温下进行回火。一般而言，回火温度越高，回火时间越长，应力消除就越彻底图图21 21 消除应力与高温消除应力与高温回火温度和时间的关系回火温度和时间的关系第二节 焊接残余应力四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science

25、 and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛焊接残余变形是焊接热循环过程中的压缩塑性变形导致构件出现缩短的现象一、焊接残余变形的基本形式焊接构件的收缩主要是由沿焊缝长度方向的纵向收缩和垂直于长度方向的横向收缩综合作用形成第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛焊接残余变形的部分实例图图22 22 沿焊缝纵向和横向的收缩变形沿焊缝纵向和横向的收缩变形第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Scie

26、nce and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛图图23 23 翘曲变形翘曲变形第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛图图25 25 薄板焊件承受薄板焊件承受外力后的波浪变形外力后的波浪变形图图24 24 焊件平面围绕焊件平面围绕焊缝产生的角变形焊缝产生的角变形第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛图图26 26

27、两焊件的热膨胀不一致出现的错边两焊件的热膨胀不一致出现的错边第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛图图27 27 焊接后发生扭曲变形焊接后发生扭曲变形第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛二、焊接残余变形的计算二、焊接残余变形的计算1、纵向收缩变形对于细长的钢质焊件（如梁、柱），单层焊时其纵向收缩率可用如下的经验公式进行估算：L= k

28、1 AH L / AA焊缝截面积（mm2）AH塑性变形区面积（mm2 ）L 构件长度（mm）第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2、横向收缩变形 对于对接接头，其横向收缩量可用如下的经验公式进行估算：B=0.18AH/B对接接头的横向收缩量 （mm）AH焊缝截面积（mm2 ）板厚（mm）第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛三、焊接

29、残余变形的控制与矫正1、控制焊接变形的措施设计措施A、合理选择焊件尺寸焊件的长度、宽度和高度对焊接变形有明显影响。如，当钢件和铝件的厚度分别为9mm和7mm时，角变形最大；细长构件焊接时易产生弯曲变形；薄板焊接时易出现波浪变形，故对焊件的尺寸参数应精心设计第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛B、合理选择焊缝尺寸和坡口形式一般而言，焊缝尺寸越大，填充金属就越多，焊接变形就越大，因此，应在保证结构承载能力的情况下，尽量采用较小的焊缝尺寸；但是，若焊缝尺寸过小，冷却速

30、度就会很大，又容易产生焊接缺陷如焊接裂纹、热影响区硬度过高等合理设计坡口也可控制焊接变形。如：双Y型坡口对接接头的角变形明显比V型坡口的小；对于受力较大的丁字接头和十字接头，开坡口的焊缝比不开坡口的角焊缝更能有效地减少焊接变形第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛C、合理进行焊接安排焊接规划时，应尽量减少不必要的焊缝，减少焊缝数量就可减少焊接变形量应力求使焊缝位置对称于焊接结构的中性轴，或接近中性轴。当焊缝对称于中性轴时，有可能使焊缝引起的弯曲变形相互抵消；当焊缝

31、接近中性轴时，可以减少由焊缝收缩引起的弯曲力矩，使弯曲变形减少第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛工艺措施图图28 28 减少焊接变形的反变形法减少焊接变形的反变形法A、反变形法焊接前通过估算构件在焊接后出现变形的大小和方向，在装配时给予一相反的变形量，使之与焊后构件的焊接变形量相抵消，从而达到设计要求第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊

32、楊 剛剛B、刚性固定方法焊前将焊件固定再进行焊接。此法可在一定程度上减小焊接变形量，尤其适用于防止角变形和波浪变形的焊件图图29 29 刚性固定法焊接法兰盘刚性固定法焊接法兰盘第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛C、合理选择焊接规范选择热输入较小的焊接法，可有效防止焊接变形。也可采用水冷或铜冷却块的方法限制和缩小焊接热场的分布，减少焊接变形第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Eng

33、ineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛 2、矫正焊接变形的方法、机械矫正法利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使之相互抵消。在薄板结构中，若焊缝为比较规则的直焊缝或圆焊缝，可用圆盘形辊轮碾压焊缝及两侧，使之伸长来消除焊接残余变形。该法尤其适用于塑性较好的材料，其效率高，质量好对于不太厚的板材，可用锤击法来延展焊缝及周围压缩塑性变形区域，以消除焊接变形。该法简单，但劳动强度大，锤击力不易控制第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛火焰加热矫正法利用

34、火焰局部加热时产生的压缩塑性变形，使焊件在冷却后产生收缩，以矫正焊件的变形第三节 残余应力变形四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛第四节 焊接接头强度基本理论一、焊接接头的概念及特点焊接接头是由焊缝金属、熔合线、热影响区及邻近母材组成的化学成分、金相组织和力学性能不均匀的焊接体。其特点为：几何形状不连续；化学成分不连续；金相组织不连续；力学性能不连续四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接

35、工程学楊楊 剛剛第四节 焊接接头强度基本理论图图30 30 焊接接头的构成焊接接头的构成 1- 1-焊缝金属；焊缝金属；2-2-熔合线；熔合线；3-3-热影响区；热影响区；4-4-母材母材四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛二、焊缝及焊缝接头的基本形式1、焊缝的基本形式对接焊缝和角焊缝对接焊缝：对接接头实施的焊缝，是沿焊件的厚度方向进行连接，其力学性能较好第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and E

36、ngineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛图图31 31 角焊缝截面形状及计算截面角焊缝截面形状及计算截面角焊缝：沿焊件的两个表面进行的截面为三角形的连接。一般用三角形的腰长，即焊角尺寸K表示角焊缝的大小，斜边上的高a所在的截面为计算截面第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2、焊接接头的基本形式A、对接接头根据焊件的厚度，可分为卷边对接、平对接和坡口对接等图图32 32 对接接头的形式对接接头的形式第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工

37、程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛B、搭接接头用（角）焊缝将两个工件相互重叠连接而成的接头图图33 33 搭接接头的形式搭接接头的形式a-a-直焊搭接；直焊搭接；b-b-钻孔塞焊；钻孔塞焊；c-c-电阻点焊；电阻点焊；d-d-开槽塞焊开槽塞焊第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛C、T型接头亦称十字接头，是将相互垂直的工件用（角）焊缝连接起来的接头图图34 T3

38、4 T型接头的基本形式型接头的基本形式第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛D、角接接头a-角接头最简单，但承载能力差；b-双面角焊缝，承载能力增强；c、d-开坡口后易焊透，使用强度提高；e、f-简单实用的接头；g-有最准确直角的接头；h-不易施焊的不合理接头图图35 35 角接头的基本形式角接头的基本形式第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接

39、工程学焊接工程学楊楊 剛剛三、焊接接头工作应力分布特点在焊接接头中，工作应力的分布是不均匀的，存在着局部应力峰值（max）比平均应力（m）高的现象，称为应力集中应力集中系数为：KT=max/m应力集中主要是由焊缝中的工艺缺陷如气孔、夹杂、裂纹引起。其中，裂纹和未焊透引起的应力集中最严重第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛1、对接接头的工作应力分布对接接头的工作应力分布比较均匀，其应力主要集中在焊缝的加厚高及焊缝与母材的过渡区对于承受冲击载荷的构件，应将加

40、厚高用砂轮等工具打磨掉，以降低应力集中系数四、焊接接头的工作应力分布第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛图图36 36 电弧焊对接接头的应力分布电弧焊对接接头的应力分布第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛2、搭接接头的工作应力分布根据搭接接头中角焊缝的受力方向可分为：正面角焊缝与受力方向垂直的角焊缝侧面角焊缝与受力

41、方向平行的角焊缝斜向角焊缝与受力方向成一定角度的角焊缝图图37 37 电弧焊搭电弧焊搭接接头的角焊缝接接头的角焊缝第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛A、正面角焊缝应力主要集中在角焊缝的根部（A）和焊趾（B）。其中，焊趾部位的应力集中系数随角焊缝的斜边与直角边的夹角而变化。当夹角减小和增大根部的焊透性时，可以大大降低应力集中系数图图38 38 电弧焊正面搭接电弧焊正面搭接角焊缝的应力分布角焊缝的应力分布第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of Manufacturing Science and Engineering焊接工程学焊接工程学楊楊 剛剛由于搭接接头的正面角焊缝常常不在板的中心，此时角焊缝将会产生附加弯曲应力。为减少弯曲应力，防止较大的变形，两条角焊缝之间的距离应大于板厚的4倍，即l4图图39 39 电弧焊正面搭接焊缝的弯曲变形电弧焊正面搭接焊缝的弯曲变形第四节 焊接接头强度基本理论四川大学制造科学与工程学院School of M