焊接结构讲稿

第二章焊接应力与变形本章重点：1.杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力

2.长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力

3.焊接残余变形

4.预防和矫正残余变形的方法

5.焊接残余应力

6.焊接残余应力的调节及消除措施本章难点：1.杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力

2.长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力

3.焊接残余变形

4.焊接残余应力2.1焊接应力与变形的基本概念

1.按应力的分布范围2.根据结构中的空间位置一焊接应力产生的原因及分类

3.根据应力与焊缝的相对位置4.根据应力产生、作用的时间5.根据应力形成原因

1.自由变形：当金属物体温度发生变化，或发生了相变，其尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的阻碍而自由的进行。单位长度的自由变形量：二焊接变形产生原因及分类

2.外观变形：当金属物在温度变化过程中受到阻碍，不能完全的自由变形，把能表现出来的这部分变形，称为外观变形3.内部变形：把未表现出来的那部分变形，称为内部变形；

4分析焊接变形的几个简化假设1）平截面假设2）金属物理性能假设是与温度无关的参量3）金属屈服点的假设4）材料应力应变关系简化长板条加热产生的变形与应力

假定：板条长宽比>>4~5单向应力线热源，厚度方向上温度是均匀的截面保持平面对称加热模型2.非对称加热模型高温和室温时焊接变形对比结论1，外观变形曲线和自由变形曲线之间的距离表征对应金属纤维的内部变形大小，也表征内应力的大小。当内应力满足胡克定律，当内应力超过屈服极限，出现塑性变形2，外观变形曲线在自由变形曲线之上，则对应的金属纤维内部变形（应变）是拉伸变形（应变），出现的应力是拉应力；反之内部变形（应变）是压缩变形（应变）出现压应力3，外观变形的大小和方向由内应力平衡的规律来决定，并受其支配4，材料在均匀温度场的作用下加热温度当小于塑性温度时，则材料根据约束情况和温度的高低出现弹性变形和热应力或者还出现塑性变形。若出现塑性变形，则不可恢复，导致室温条件下出现残余变形或应力。5，材料在不均匀温度场作用下，只要加热时出现塑性变形，冷却后就会出现残余变形和残余应力。残余应力的分布情况是：原来高温区出现拉应力，与高温区相接的低温区出现压应力，这和加热时的应力分布情况相反。而且压应力区和拉应力区总是相接分布以形成自平衡体系。四焊接引起的内应力和变形

1焊接应力与变形的特殊性焊接温度场变化比较复杂焊接温度变化范围大焊接过程中可发生金属的相变2不同拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力

1)杆件在无拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力2)杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能自由变形的变形和应力

2.)杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能自由变形的变形和应力2.)杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能自由变形的变形和应力3.）杆件在拘束条件为加热时不能自由膨胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力

3.）杆件在拘束条件为加热时不能自由膨胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力3.）杆件在拘束条件为加热时不能自由膨胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力3焊接应力变形的演变过程焊接残余变形的基本类型

纵向收缩量的计算1.单层焊的纵向收缩量：

F—构件截面积

L—构件长度

--焊缝截面积2.多层焊的收缩量：焊接方法CO2焊埋弧焊手工焊材料低碳钢低碳钢奥氏体钢K10.0430.071~0.0760.048~0.0570.076纵向引起弯曲变形结论

横向收缩变形及其产生的挠曲变形

对接接头横向变形的实验数据丁字接头及搭接接头横向收缩横向收缩变形结论

横向收缩引起的挠曲变形角变形

1.焊缝横向收缩引起的弯曲角变形

2.焊缝金属收缩引起的倾斜角变形对接接头角变形丁字接头和搭接接头的角变形波浪变形

原因：薄板在承受压应力，当其中的压应力达到-临界应力，薄板将出现波浪变形失去承载能力，称之为失稳。错边变形原因：主要是焊接过程中对接边的热量不平衡，装配不善会造成错边5.预防和矫正焊接残余变形的方法1.合理设计：1.选用对称截面的结构，焊缝布置对称，在设计时，安排焊缝尽可能使焊缝对称于截面的中性轴1.合理设计2.合理的选择焊缝的尺寸和形式：在保证结构的承载能力的条件下，尽量采用较小的焊缝尺寸3.尽可能减少焊缝的数量：用型钢代替钢板，用断续焊代替连续焊2.工艺措施1.正确的确定装配、焊接顺序不正确的装配次序：工字构件，先丁字，然后在装另一块盖板，焊后仍有较大的挠度丁字

工字

正确应该是，先点固成工字，然后焊接，注意次序2.工艺措施2.选择适当的施焊次序和方向

原则：反变形法定义：构件在焊前预制成与变形方向相反的变形，这种方法可以防止弯曲变形，和角变形。刚性固定法在无反变形的情况下，将构件加以固定来限制焊接变形，（在焊法兰盘上），防止角变形和波浪变形较好合理的选择焊接的方法和焊接规范选择线能量较低的焊接方法，采用多层焊代替单层焊矫正残余变形的方法1.机械矫正法：将变形的构件中的尺寸较短的部分通过机械力作用，使之产生塑性延展变形，而恢复和达到形状的要求，可以利用螺旋、气动、液压的器具来加外力矫正残余变形的方法2.火焰矫正法：利用火焰加热时产生的局部压缩变形使较长部分在冷却后缩短来消除变形（不适用于具有晶间腐蚀倾向的不锈钢和淬硬倾向较大的钢材）6.焊接残余应力焊接残余应力分布

1.纵向应力的分布1.纵向应力的分布横向应力的分布横向应力的分布横向应力的分布厚板中的残余应力分布封闭焊缝中的残余应力分布组织应力[相变应力]焊接残余应力的影响1.对静载强度的影响

2.对机械加工精度的影响原因：焊件在不经过焊后消应力处理，内部存在着相互平衡的应力，当进行机械加工时，如切削掉焊件的一部分承受残余应力金属，则焊件会重新变形（二次变形）以使残余应力重新分布来保持平衡，焊件不断的切削，就会不断的变形，加工精度难以保证焊接残余应力的影响3对疲劳强度的影响（研究不够充分）4对应力腐蚀的影响原因：拉应力和介质、腐蚀共同作用下产生裂纹的一种现象，拉应力越大，发生应力腐蚀开裂的时间越早。5对结构刚度的影响结论：在静载下，焊件经过一次加载，卸载后，以后再次加载，只要其大小不超过前一次，残余应力不再起作用，外载也不影响焊件内部残余应力的分布7.焊接残余应力的调节及消除措施1.调节残余应力的措施1.1设计措施:设计上减小焊接应力的核心是正确布置焊缝，以避免应力叠加设计原则工艺措施工艺原则消除残余应力的措施注：振动法的优点，从应力消除效果看，振动法比用同样大小的静载拉伸效果好，且具有设备简单，价廉，处理成本低，时间短，无高温回火的金属氧化问题等优点。8.焊接残余应力的测定1.应力测定方法的分类按其对结构是否破坏来分

按测试原理分应力释放法原理：利用构件在机加工后应力部分释放，回产生变形来重新分布应力来达到平衡，利用应力应变关系来求出应力。属于此法的有切条法，车削法，刨削法，套孔法，小孔法。应力释放法1.切条法：将待测焊件划分几个区域，在各区待测点上贴应变片或加工机械引申计的标距孔然后测原始读数，然后切断，然后读数根据

可以算出应力。应力释放法2.车削法：此法多用于测圆柱零件堆焊后的残余应力分布应力释放法3.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。