第十一章-焊接应力与变形课件

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2023/10/17第十一章焊接应力与变形1第11章焊接应力与变形学习目标2023/10/8第十一章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2023/10/172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一、内应力与内部变形的基本概2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。2023/10/173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2023/13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：ε=εe-εT弹性范围内内应力与内部变形的关系：σ=Eε=E（εe-εT）2023/10/174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2023/10/4二、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）

T<500℃，σs是常数T=500-600℃，σs急降到0600℃以上，σs＝0第1节焊接应力和变形的形成过程2023/10/175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第1节焊接应力和变形的形5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（|

ε|<εs）2、内部应变大于屈服应变（|

ε|>εs），Tmax<500℃3、最高温度大于热塑性温度（Tmax>600℃）2023/10/176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（6第1节焊接应力和变形的形成过程三、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

2023/10/177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三、焊接过程中应力和变形的形7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）

T>600℃区域：σs＝0→无应力500℃<T<600℃：

σs：0→↗室温值；应力值随σs↑而↑区域内应力等于室温时的σs区域弹性状态；内应力与内应变成正比2023/10/178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8第2节焊接残余应力2023/10/179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2023/10/89第十一章焊接应力9第2节焊接残余应力1、纵向残余应力σx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。2023/10/1710第十一章焊接应力与变形第2节焊接残余应力1、纵向残余应力σx2023/10/8110第2节焊接残余应力2、横向残余应力σy纵向收缩引起残余应力σy'

2023/10/1711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σy2023/10/8111第2节焊接残余应力横向收缩不同时引起σy"2023/10/1712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σy"2023/10/12第2节焊接残余应力3、厚板中的残余应力2023/10/17第十一章焊接应力与变形13zxy第2节焊接残余应力3、厚板中的残余应力2023/10/8第13第2节焊接残余应力二、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。2023/10/17第十一章焊接应力与变形14塑性材料脆性材料第2节焊接残余应力二、焊接残余应力对焊接结构性能的影响2014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2023/10/17第十一章焊接应力与变形15第2节焊接残余应力2、对机加工精度的影响2023/10/815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。2023/10/17第十一章焊接应力与变形16第2节焊接残余应力4、对刚度的影响2023/10/8第十一16第2节焊接残余应力三、残余应力的控制和消除措施1、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2023/10/17第十一章焊接应力与变形17第2节焊接残余应力三、残余应力的控制和消除措施2023/117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）2023/10/17第十一章焊接应力与变形18第2节焊接残余应力2、焊后消除应力2023/10/8第十一18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2023/10/17第十一章焊接应力与变形19a)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节焊接残余变形一、焊接残余变形的基本形式2023/1019第3节焊接残余变形收缩变形：焊件尺寸比焊前缩短的现象。2023/10/17第十一章焊接应力与变形20

L

B第3节焊接残余变形收缩变形：焊件尺寸比焊前缩短的现象。2020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。2023/10/17第十一章焊接应力与变形21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。2023/10/17第十一章焊接应力与变形22第3节焊接残余变形角变形：横向收缩沿板厚分布不均匀。20222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。2023/10/17第十一章焊接应力与变形23点固第3节焊接残余变形错边：焊件热膨胀不一致。2023/10/23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2023/10/17第十一章焊接应力与变形24选择最小的焊缝尺寸选择合理的坡口形式第3节焊接残余变形二、焊接残余变形的控制24第3节焊接残余变形工艺措施：反变形法2023/10/17第十一章焊接应力与变形25第3节焊接残余变形工艺措施：反变形法2023/10/8第十25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2023/10/17第十一章焊接应力与变形26第3节焊接残余变形刚性固