焊接结构实验

焊接结构实验第1页，课件共35页，创作于2023年2月1绪论

随着生产的发展和科学技术的进步，焊接技术已经广泛应用于桥梁、建筑等各个领域，对国民经济的发展起着极其重要的作用。焊接时，由于高度集中的瞬时热输入，构件焊后将产生相当大的焊接残余应力和变形，这将对焊接接头的各种力学性能产生不同程度的影响。因此，对焊接残余应力的测试，对焊接残余应力的分布规律的研究具有十分重要的理论意义和现实意义。第2页，课件共35页，创作于2023年2月1.1焊接残余应力对焊接结构的影响1、对结构强度的影响2、对结构加工尺寸的影响3、对压杆稳定性的影响4、对应力腐蚀的影响第3页，课件共35页，创作于2023年2月1.2调整和减小焊接残余应力的方法（1）焊前减小焊接残余应力和改善残余应力的分布可以从两个方面来解决：设计上：尽量减小焊缝的截面尺寸、将焊缝尽量布置在最大工作应力区之外、尽量防止焊缝密集和焊缝交叉、局部降低刚度、采用合理的接头形式。工艺上：合理的选择装配焊接顺序、局部加热法减小应力、锤击法减小焊接残余应力等。（2）焊后焊接残余应力调整和松弛的方法主要分热处理法和加载法两类。加载法又分为拉伸法、温差拉伸法和振动法三种。第4页，课件共35页，创作于2023年2月1.3焊接残余应力测试的主要方法按结构是否破坏分为：也可分为第5页，课件共35页，创作于2023年2月图1-1表示一块钻有小孔的钢板，在钢板的应力场中钻出一个小孔后，应力场原来的平衡状态将受到破坏，使小孔周围的应力分布发生改变，应力场产生新的平衡。若测得钻孔前、后小孔附近应变量的差值，就可以根据弹性力学理论推算出小孔处的内应力。为了测得这种应变量的变化，在离小孔中心一定部位处贴上应变片，且各应变片间保持一定角度（图1-1）。分别测出钻孔前、后各应变片的应变值。便可按下式算出主应力的大小和方向。1.4小孔法测量焊接残余应力的基本原理第6页，课件共35页，创作于2023年2月式中σ1、σ2主应力；εA、εB、εC分别为电阻应变片A、B及C的应变量差值；Φ主应力与第一个应变片轴线的夹角；R为孔半径；r1、r2应变片两端与孔中心的距离；E、μ弹性模量、泊松比。第7页，课件共35页，创作于2023年2月2小孔法测量焊接残余应力

实验第8页，课件共35页，创作于2023年2月纵向残余应力σXσX：指应力作用方向与焊缝平行的残余应力。σX在整条焊缝上的分布：第9页，课件共35页，创作于2023年2月横向残余应力横向残余应力：垂直于焊缝的应力。第10页，课件共35页，创作于2023年2月2.1实验设备（1）试样：普通低碳钢，见图2-1。2.2实验过程打磨平焊缝并贴好应变片的钢板第11页，课件共35页，创作于2023年2月（2）焊接设备及测量设备埋弧焊机静态电阻应变仪第12页，课件共35页，创作于2023年2月（3）其他设备除用到以上设备外，另外还用到型号为Z4116的台式钻床、铁纱布、丙酮、胶水、绝缘胶带、导线、焊锡工具、直径为3mm的钻头、美工刀等。

第13页，课件共35页，创作于2023年2月2.2实验过程（1）工件的预处理埋弧焊焊接的方法在样板上堆焊，用砂轮将表面磨平，用砂纸打磨表面粗糙度达Ra1.6。（2）应变片粘贴应变花粘贴面用棉花球蘸少许丙酮轻轻擦洗，以保证粘贴面无油污，并严禁与手指接触。在应变花粘贴面上滴上一小滴胶液，薄薄一层，以1号应变片对准参考轴，放置在工件表面，应变花上面覆盖一张薄膜，用手指滚压1~2分钟。接线端子的连接。（3）焊接导线并连线。（4）钻孔并测量应变值（深度不同测3应变值）。2.1实验设备（5）测量结果第14页，课件共35页，创作于2023年2月（5）测量结果分别对两组测量点以及焊缝上的点进行测量，记录测量结果。第1组测量点第2组测量点焊缝1.与焊缝垂直方向上的残余应力分布2.与焊缝平行方向上测量点焊接残余应力第15页，课件共35页，创作于2023年2月测点孔径/mmεA/μεεB/μεεC/με测量点132448576测量点23-14102133测量点3362163213测量点432190211测量点53293228-7测量点63-8870233测量点73-441569测量点83-35143341测点孔径/mmεA/μεεB/μεεC/με测量点1.13327210-133测量点2.13426526测量点3.13-5978110测量点4.13975616测量点5.131507225各个测量点的三个方向上的应变测量值：第16页，课件共35页，创作于2023年2月2.3测量数据的计算和分析对x和y两个方向分别进行分析：

与焊缝平行（x方向）和与焊缝垂直（y方向）分别进行纵向残余应力和横向残余应力分析。第17页，课件共35页，创作于2023年2月根据材料力学推导出的公式：横向残余应力:==

纵向残余应力:第18页，课件共35页，创作于2023年2月计算求得纵向残余应力σx和横向残余应力σy的值见下表：测量点σx/MPaσy/MPa测量点16034测量点25.929测量点32852测量点41949测量点5661.8第1组测量点测量点σx/MPaσy/MPa测量点1.165-7.9测量点2.1118.7测量点3.1-5.621测量点4.12310测量点5.13616第2组测量点2.3.1与焊缝垂直方向上的残余应力分布（5）测量结果第1组测量点第2组测量点焊缝第19页，课件共35页，创作于2023年2月纵向残余应力σx分布σx理论分布曲线实验测得σx分布曲线距离/mm距离/mm第20页，课件共35页，创作于2023年2月横向残余应力σy分布距离/mmσy/Mpa◆点1σy/Mpa点5.1◆◆点5.1距离/mmσy实验曲线σy理论曲线焊缝σy第21页，课件共35页，创作于2023年2月2.3.2与焊缝平行方向上测量点焊接残余应力分布与焊缝平行的点的纵向残余应力σx和横向残余应力σy的计算值：测量点σx/MPaσy/MPa测量点32852测量点3.1-5.621测量点6-4.147测量点7-9.3-0.95测量点815.275（5）测量结果第22页，课件共35页，创作于2023年2月纵向残余应力σx分布理论曲线距离/mm实验测得的σx分布曲线第1组测量点第2组测量点焊缝第23页，课件共35页，创作于2023年2月理论曲线横向残余应力σy分布（a）短焊缝（b）中焊缝（c）长焊缝实验测得的σy分布曲线σy/Mpa距离mm第1组测量点第2组测量点焊缝第24页，课件共35页，创作于2023年2月2.4应力释放过程

为了研究钻孔过程中焊缝中残余应力的释放过程，特测量在不同钻孔深度时的应变值，结果见下表：测量点ε1/µεε2/µεε3/µε测量点17685244测量点5-7228293测量点1.1-133210327测量点4.1165697测量点5.12572150

随着钻孔深度的逐渐增加，应变值逐渐增大，在钻孔结束时应变达到最大值。由此可以看出，随着钻孔深度的增加，焊缝中的残余应力的释放也是越来越大。该实验结果对研究的钢结构中残余应力变化过程具有重要意义。第25页，课件共35页，创作于2023年2月实验结果分析：

采用小孔法对焊缝纵向残余应力σx和横向焊接残余应力σy的测定，并绘制残余应力的分布曲线，该曲线部分验证了理论上焊接应力在钢结构中的分布。另外，有部分点的应力值与理论值差别较大，这可能是实验过程中出现的误差或者其他因素造成的，还有待进一步研究。第26页，课件共35页，创作于2023年2月

第27页，课件共35页，创作于2023年2月前言：第28页，课件共35页，创作于