焊接應(yīng)力與變形PPT課件

1、焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容一、應(yīng)力和變形的基礎(chǔ)知識；一、應(yīng)力和變形的基礎(chǔ)知識；二、焊接應(yīng)力與變形的幾個假定；二、焊接應(yīng)力與變形的幾個假定；三、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因；三、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因；第第1頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 一、應(yīng)力與變形的基本知識一、應(yīng)力與變形的基本知識1.1.應(yīng)力應(yīng)力物體單位截面上表現(xiàn)的內(nèi)力。物體單位截面上表現(xiàn)的內(nèi)力。分類分類熱應(yīng)力熱應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力工作應(yīng)力工作應(yīng)力殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力裝配應(yīng)力裝配應(yīng)力相變應(yīng)力相變應(yīng)力內(nèi)力：在外力作用下，材料發(fā)生變形的同時，內(nèi)力：在外

2、力作用下，材料發(fā)生變形的同時，材料內(nèi)部還會產(chǎn)生阻止變形的抗力材料內(nèi)部還會產(chǎn)生阻止變形的抗力 。第第2頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 2.2.變形變形物體在外力的作用下，其內(nèi)部原子的相物體在外力的作用下，其內(nèi)部原子的相對位置發(fā)生變化，其宏觀表現(xiàn)為形狀和尺寸的變對位置發(fā)生變化，其宏觀表現(xiàn)為形狀和尺寸的變化?；?。 分類分類 按物體變形的性質(zhì)分為：按物體變形的性質(zhì)分為： 按變形的拘束條件分為：按變形的拘束條件分為：彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形自由變形自由變形非自由變形非自由變形焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 第第3頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 由焊接熱過程引起的應(yīng)力和變

3、形就是焊接應(yīng)力和焊由焊接熱過程引起的應(yīng)力和變形就是焊接應(yīng)力和焊接變形。接變形。 焊后，當(dāng)焊件溫度降至常溫時，殘存于焊件中的應(yīng)焊后，當(dāng)焊件溫度降至常溫時，殘存于焊件中的應(yīng)力稱為焊接殘余應(yīng)力，焊件上不能恢復(fù)的變形稱力稱為焊接殘余應(yīng)力，焊件上不能恢復(fù)的變形稱為焊接殘余變形。為焊接殘余變形。 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 第第4頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信為了便于討論，對于低碳鋼材料作如下假設(shè)：在為了便于討論，對于低碳鋼材料作如下假設(shè)：在0500時，屈服點不變，而在時，屈服點不變，而在500600時，時，按直線規(guī)律減小到零。按直線規(guī)律減小到零。600以上時，就變?yōu)樗芤陨蠒r，就變?yōu)?/p>

4、塑性材料性材料 鋼受熱時力學(xué)性能的變化鋼受熱時力學(xué)性能的變化 第第5頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 圖所示為金屬桿件進行均勻加熱后的變形過程。當(dāng)溫度由圖所示為金屬桿件進行均勻加熱后的變形過程。當(dāng)溫度由T0升至升至T1時時，金屬桿件便出現(xiàn)了熱膨脹，如果在伸長過程中不受阻礙，桿長將增，金屬桿件便出現(xiàn)了熱膨脹，如果在伸長過程中不受阻礙，桿長將增加加LT，這段長度的改變稱為自由變形，如圖，這段長度的改變稱為自由變形，如圖83a所示。同樣，冷所示。同樣，冷卻時又能自由收縮，金屬桿件始終處在自由無約束的狀態(tài)下，不會出卻時又能自由收縮，金屬桿件始終處在自由無約束的狀態(tài)下，不會出現(xiàn)應(yīng)力和變形。現(xiàn)應(yīng)力和

5、變形。 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 第第6頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信假如金屬桿件在伸長過程中受到阻礙，不能自由地變形，這時的長度變化假如金屬桿件在伸長過程中受到阻礙，不能自由地變形，這時的長度變化量稱為外觀變形量稱為外觀變形L，見圖，見圖b。桿件內(nèi)部因受壓而產(chǎn)生的變形，稱為內(nèi)。桿件內(nèi)部因受壓而產(chǎn)生的變形，稱為內(nèi)部變形部變形L，內(nèi)部變形在數(shù)值上等于自由變形和外觀變形之差，即，內(nèi)部變形在數(shù)值上等于自由變形和外觀變形之差，即L二二LTLe，此時在金屬桿件內(nèi)將產(chǎn)生壓應(yīng)力。，此時在金屬桿件內(nèi)將產(chǎn)生壓應(yīng)力。 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 第第7頁頁/共共71頁頁焊接教

6、學(xué)焊接教學(xué)陳信焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 如果壓應(yīng)力小于金屬材料的屈服點，則當(dāng)桿件溫度從T1恢復(fù)到T0時，若允許桿件自由收縮，則桿件將恢復(fù)到原來長度L0，桿件中不存在應(yīng)力。 如果桿件溫度很高，產(chǎn)生的壓應(yīng)力大于材料的屈服點，則桿件產(chǎn)生塑性變形”，在桿件溫度恢復(fù)到了。的自由收縮結(jié)束后，將比原來縮短，產(chǎn)生了壓縮塑性變形。 第第8頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 假設(shè)焊件是由許多金屬小板條組成，它們互相結(jié)合，互相制約。當(dāng)焊接時，焊件受到局部不均勻的加熱和冷卻，焊接接頭各區(qū)域會出現(xiàn)不同程度的熱脹和冷縮。溫度高、伸長大的板條要受到相鄰的溫度低、伸長小的板條的壓縮；相反，溫度低、伸長小的板條要受到溫度高、伸

7、長大的板條的拉抻。 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 第第9頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信在鋼板的兩側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力，中間產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)壓應(yīng)力超過材料的屈服點時，就產(chǎn)生壓縮塑性變形，即圖a中虛線所圍繞的空白部分。由于鋼板是一個整體，中間部分的收縮要受到兩邊的牽制，所以實際收縮變形如圖中實線所示，即鋼板總長縮短了L。在鋼板的兩側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力，而鋼板中間，因沒有完全收縮，則產(chǎn)生了拉應(yīng)力。 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 第第10頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信三、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因三、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因 根本原因根本原因焊接過程的加熱和冷卻受到周圍冷焊接過程的加熱和冷卻受到周圍冷金屬的拘束，不能自由

8、膨脹和收縮。金屬的拘束，不能自由膨脹和收縮。1.1.桿件的不均勻受熱桿件的不均勻受熱. .焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 （1）長板條中心加熱（類）長板條中心加熱（類似于堆焊）引起的應(yīng)力與似于堆焊）引起的應(yīng)力與變形。變形。鋼板條中心加熱和冷卻時鋼板條中心加熱和冷卻時的應(yīng)力與變形的應(yīng)力與變形第第11頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信（2）長板條一側(cè)加熱（相當(dāng)于板邊堆焊）引起）長板條一側(cè)加熱（相當(dāng)于板邊堆焊）引起的應(yīng)力與變形。的應(yīng)力與變形。焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 鋼板邊緣一側(cè)加熱和冷卻時的應(yīng)力與變形鋼板邊緣一側(cè)加熱和冷卻時的應(yīng)力與變形 第第12頁頁/共共71頁頁焊接

9、教學(xué)焊接教學(xué)陳信受拘束桿件均勻加熱、冷卻過程中的變形和應(yīng)力s |1.2ttTT01t2t (3)桿件在拘束條件為均勻加熱、冷卻時皆不能自桿件在拘束條件為均勻加熱、冷卻時皆不能自由變形的變形和應(yīng)力。由變形的變形和應(yīng)力。焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 第第13頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信(4)長板條非對稱加熱引起的變形和應(yīng)力長板條非對稱加熱引起的變形和應(yīng)力 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 2.2.焊縫金屬的收縮。焊縫金屬的收縮。3.3.金屬組織的變化。金屬組織的變化。4.4.焊件的剛性和拘束。焊件的剛性和拘束。第第14頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 本節(jié)主要內(nèi)

10、容：本節(jié)主要內(nèi)容： 一、焊接變形的種類一、焊接變形的種類 二、控制焊接變形的措施二、控制焊接變形的措施 三、矯正焊接變形的措施三、矯正焊接變形的措施焊接殘余變形焊接殘余變形第第15頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 一、焊接變形的種類一、焊接變形的種類 焊接變形分為焊接變形分為5 5種基本變形形式：種基本變形形式：收縮變形收縮變形、角變形角變形、彎曲變形彎曲變形、波浪變形波浪變形和和扭曲變形扭曲變形。 焊接殘余變形焊接殘余變形第第16頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信1 1收縮變形收縮變形焊件尺寸比焊前縮短的現(xiàn)象稱為收焊件尺寸比焊前縮短的現(xiàn)象稱為收 縮變形。縮變形。分為縱向縮短分為縱向

11、縮短和和橫向縮短橫向縮短。焊件在焊后沿焊縫長度方間的收縮稱為焊件在焊后沿焊縫長度方間的收縮稱為縱向縮短縱向縮短。焊件在焊后垂直于焊縫方向的收縮叫焊件在焊后垂直于焊縫方向的收縮叫橫向縮短橫向縮短。焊接殘余變形焊接殘余變形第第17頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信2 2角變形角變形 角變形產(chǎn)生的角變形產(chǎn)生的根本原因根本原因：由于焊縫的橫向收縮沿由于焊縫的橫向收縮沿板厚分布不均勻所致板厚分布不均勻所致。角變形的大小以變形角角變形的大小以變形角進行度量。進行度量。 焊接殘余變形焊接殘余變形幾種接頭的角變形幾種接頭的角變形T T形接頭的角變形形接頭的角變形第第18頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳

12、信3. 3. 彎曲變形彎曲變形 彎曲變形主要是結(jié)構(gòu)上的焊縫布置不對稱或焊彎曲變形主要是結(jié)構(gòu)上的焊縫布置不對稱或焊件斷面形狀不對稱，焊縫收縮引起的變形。件斷面形狀不對稱，焊縫收縮引起的變形。 彎曲變形的大小用撓度進行度量彎曲變形的大小用撓度進行度量撓度是撓度是指焊后焊件的中心軸偏離焊件原中心軸的最大距指焊后焊件的中心軸偏離焊件原中心軸的最大距離。離。焊接殘余變形焊接殘余變形第第19頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信（1）縱向收縮引起的彎曲變形）縱向收縮引起的彎曲變形焊縫的縱向收縮引起的彎曲變形焊縫的縱向收縮引起的彎曲變形（2）橫向收縮引起的變曲變形）橫向收縮引起的變曲變形焊縫的橫向收縮引起的

13、彎曲變形焊縫的橫向收縮引起的彎曲變形第第20頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信4.4.波浪變形波浪變形 波浪變形常發(fā)生于板厚小于波浪變形常發(fā)生于板厚小于6mm的薄板焊接過程的薄板焊接過程中，又稱之為失穩(wěn)變形中，又稱之為失穩(wěn)變形。焊接殘余變形焊接殘余變形焊縫角變形引起的波浪變形焊縫角變形引起的波浪變形第第21頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信5.5.扭曲變形扭曲變形 產(chǎn)生扭曲變形的原因主要是產(chǎn)生扭曲變形的原因主要是焊縫角變形沿焊縫長焊縫角變形沿焊縫長度方向分布不均勻。度方向分布不均勻。 一般發(fā)生在有數(shù)條平行的長焊縫的焊件上，如焊一般發(fā)生在有數(shù)條平行的長焊縫的焊件上，如焊接工形梁。扭曲變形

14、的產(chǎn)生往往與焊接方向或順接工形梁。扭曲變形的產(chǎn)生往往與焊接方向或順序不當(dāng)有關(guān)。序不當(dāng)有關(guān)。焊接殘余變形焊接殘余變形工字梁的扭曲變形工字梁的扭曲變形第第22頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信焊接殘余變形焊接殘余變形第第23頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信二、控制焊接變形的措施二、控制焊接變形的措施1. 設(shè)計措施設(shè)計措施 （1）合理地選擇焊縫合理地選擇焊縫的尺寸和形狀的尺寸和形狀（如圖）（如圖） 在保證結(jié)構(gòu)承載力的在保證結(jié)構(gòu)承載力的情況下情況下,盡可能采用盡可能采用較小較小的焊縫尺寸的焊縫尺寸, 減少熱輸減少熱輸入對材料性能的影響入對材料性能的影響, 并降低成本。并降低成本。焊接殘余變形

15、焊接殘余變形第第24頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信（2 2）合理選擇焊縫長度和合理選擇焊縫長度和數(shù)量數(shù)量 只要允許，多采用型材、只要允許，多采用型材、沖壓件；焊縫多且密集處，可沖壓件；焊縫多且密集處，可以采用鑄以采用鑄焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)，就可焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)，就可以減少焊縫數(shù)量。此外，適當(dāng)以減少焊縫數(shù)量。此外，適當(dāng)增加壁板厚度，以減少肋板數(shù)增加壁板厚度，以減少肋板數(shù)量，或者采用壓型結(jié)構(gòu)代替肋量，或者采用壓型結(jié)構(gòu)代替肋板結(jié)構(gòu)，都對防止薄板結(jié)構(gòu)的板結(jié)構(gòu)，都對防止薄板結(jié)構(gòu)的變形有利。變形有利。焊接殘余變形焊接殘余變形第第25頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信（3）合理地安排焊縫合理地安排焊縫的位置的位

16、置 安排焊縫盡可能安排焊縫盡可能對稱與截面中性軸對稱與截面中性軸, ,或使焊縫接近中性軸或使焊縫接近中性軸, , 這對減少梁柱的這對減少梁柱的撓曲變形有良好的效撓曲變形有良好的效果。果。焊接殘余變形焊接殘余變形第第26頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信2.工藝措施工藝措施 （1 1）反變形法）反變形法 ( ( 如圖如圖) ) 焊接殘余變形焊接殘余變形第第27頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信（2 2）留余量法）留余量法 在下料時，將零件的實際長度或?qū)挾仍谙铝蠒r，將零件的實際長度或?qū)挾瘸叽绫仍O(shè)計尺寸適當(dāng)加大，以補償焊件的尺寸比設(shè)計尺寸適當(dāng)加大，以補償焊件的收縮。收縮。 留余量法主要用于防

17、止焊件的收縮變形。留余量法主要用于防止焊件的收縮變形。焊接殘余變形焊接殘余變形第第28頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信（3 3）剛性固定法）剛性固定法 1 1） 將焊件固定在剛性平臺上。將焊件固定在剛性平臺上。焊接殘余變形焊接殘余變形薄板拼接時的剛性固定薄板拼接時的剛性固定第第29頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 2 2）將焊件組合成剛性更大或?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)。）將焊件組合成剛性更大或?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)。焊接殘余變形焊接殘余變形T形梁的剛性固定和反變形形梁的剛性固定和反變形第第30頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 3 3）利用焊接夾具增加結(jié)構(gòu)的剛性和拘束。）利用焊接夾具增加結(jié)構(gòu)的剛性和拘束

18、。焊接殘余變形焊接殘余變形對接拼板時的剛性固定對接拼板時的剛性固定第第31頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 4 4）利用臨時支撐增加結(jié)構(gòu)的拘束。）利用臨時支撐增加結(jié)構(gòu)的拘束。焊接殘余變形焊接殘余變形防護罩焊接時的臨時支撐防護罩焊接時的臨時支撐第第32頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 （4 4） 選擇合理的裝配焊選擇合理的裝配焊接順序。接順序。裝配焊接順序?qū)ρb配焊接順序?qū)附咏Y(jié)構(gòu)變形的影響很大焊接結(jié)構(gòu)變形的影響很大。 1 1）大型而復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)）大型而復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)，只要條件允許，把它分成，只要條件允許，把它分成若干個結(jié)構(gòu)簡單的部件，單若干個結(jié)構(gòu)簡單的部件，單獨進行焊接，然后再總裝

19、成獨進行焊接，然后再總裝成整體。整體。 2 2）正在施焊的焊縫應(yīng)晝靠）正在施焊的焊縫應(yīng)晝靠近結(jié)構(gòu)截面的中性軸。近結(jié)構(gòu)截面的中性軸。焊接殘余變形焊接殘余變形主梁裝配焊接主梁裝配焊接第第33頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 3 3）對于焊縫非對稱布置的結(jié)構(gòu)，裝配焊接時應(yīng)先）對于焊縫非對稱布置的結(jié)構(gòu)，裝配焊接時應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)。焊焊縫少的一側(cè)。壓力機壓型上模的焊接順序壓力機壓型上模的焊接順序焊接殘余變形焊接殘余變形第第34頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信4 4）焊縫對稱布置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)由偶數(shù)焊工對稱地施焊）焊縫對稱布置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)由偶數(shù)焊工對稱地施焊。焊接殘余變形焊接殘余變形圓筒體對接焊縫

20、焊接順序圓筒體對接焊縫焊接順序第第35頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 5 5）長焊縫（）長焊縫（1m1m以上）焊接時，可采用下圖所示的以上）焊接時，可采用下圖所示的方向和順序進行焊接，以減小其焊后的收縮變形方向和順序進行焊接，以減小其焊后的收縮變形。焊接殘余變形焊接殘余變形第第36頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 （5 5）合理地選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)）合理地選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)焊接殘余變形焊接殘余變形非對稱截面結(jié)構(gòu)的焊接非對稱截面結(jié)構(gòu)的焊接第第37頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 （6 6）熱平衡法）熱平衡法 采用熱平衡法防止焊接變形采用熱平衡法防止焊接變形 焊

21、接殘余變形焊接殘余變形第第38頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 （7 7）散熱法）散熱法 散熱法示意圖散熱法示意圖焊接殘余變形焊接殘余變形第第39頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信三、矯正焊接變形的措施三、矯正焊接變形的措施 1. 手工矯正法手工矯正法 2. 機械矯正法機械矯正法 用機械方法矯正變形的原理就用機械方法矯正變形的原理就是將縮短的尺寸拉長，使之與是將縮短的尺寸拉長，使之與較長的部分相適應(yīng)，從而恢復(fù)較長的部分相適應(yīng)，從而恢復(fù)到原來的尺寸，或達到技術(shù)條到原來的尺寸，或達到技術(shù)條件對幾何尺寸的要求。件對幾何尺寸的要求。 機械矯正法會使金屬材料因冷機械矯正法會使金屬材料因冷作硬化

22、而變脆，并產(chǎn)生附加應(yīng)作硬化而變脆，并產(chǎn)生附加應(yīng)力，因此一般適用于變形不大力，因此一般適用于變形不大的小型結(jié)構(gòu)件。的小型結(jié)構(gòu)件。焊接殘余變形焊接殘余變形機械矯正法矯正梁的彎曲變形機械矯正法矯正梁的彎曲變形第第40頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 3.火焰加熱矯正法火焰加熱矯正法 火焰矯正的原理與機械矯正相反，它是通過局部加熱并火焰矯正的原理與機械矯正相反，它是通過局部加熱并隨之快冷，使焊件伸長的部位縮短，達到矯正變形的目隨之快冷，使焊件伸長的部位縮短，達到矯正變形的目的。的。 火焰加熱的方式有點狀加熱、線狀加熱和三角形加熱?；鹧婕訜岬姆绞接悬c狀加熱、線狀加熱和三角形加熱。 此法一般使用的是

23、氣焊炬，不需專門設(shè)備。操作簡單方此法一般使用的是氣焊炬，不需專門設(shè)備。操作簡單方便，機動靈活，可以在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)上進行矯正。便，機動靈活，可以在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)上進行矯正。焊接殘余變形焊接殘余變形第第41頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信（2 2）線狀加熱）線狀加熱 （1 1）點狀加熱）點狀加熱 焊接殘余變形焊接殘余變形第第42頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 （3 3）三角形加熱）三角形加熱 工字梁彎曲變形的火焰矯正工字梁彎曲變形的火焰矯正火焰加熱矯正焊接變形的取決于下列三個因素：火焰加熱矯正焊接變形的取決于下列三個因素： （1 1）加熱方式）加熱方式 （2 2）加熱位置）加熱位置 （

24、3 3）加熱溫度和加熱區(qū)的面積）加熱溫度和加熱區(qū)的面積焊接殘余變形焊接殘余變形第第43頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力 本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容： 一、焊接殘余應(yīng)力的分類；一、焊接殘余應(yīng)力的分類； 二、焊接殘余應(yīng)力的分布；二、焊接殘余應(yīng)力的分布； 三、焊接殘余應(yīng)力對焊接接頭的影響；三、焊接殘余應(yīng)力對焊接接頭的影響； 四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施；四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施； 五、消除殘余應(yīng)力的措施；五、消除殘余應(yīng)力的措施； 六、焊接殘余應(yīng)力的測定方法。六、焊接殘余應(yīng)力的測定方法。第第44頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 概念概念如果不均勻的溫度場所造成的內(nèi)如

25、果不均勻的溫度場所造成的內(nèi)應(yīng)力達到材料的屈服極限，使構(gòu)件局部發(fā)應(yīng)力達到材料的屈服極限，使構(gòu)件局部發(fā)生塑性變形（加熱桿件中將出現(xiàn)壓縮塑性生塑性變形（加熱桿件中將出現(xiàn)壓縮塑性變形），當(dāng)溫度恢復(fù)均勻后，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)變形），當(dāng)溫度恢復(fù)均勻后，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會殘留在物體里。故稱之為殘余應(yīng)力。力會殘留在物體里。故稱之為殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第45頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信一、焊接殘余應(yīng)力的分類：一、焊接殘余應(yīng)力的分類：1.2.3.宏觀應(yīng)力：在整個焊接范圍平衡的應(yīng)力微觀應(yīng)力：在晶粒范圍內(nèi)相互平衡的應(yīng)力超微觀應(yīng)力：在晶格范圍平衡的應(yīng)力 按應(yīng)力的分布按應(yīng)力的分布范圍范圍 根據(jù)結(jié)構(gòu)中的根據(jù)結(jié)

26、構(gòu)中的空間位置空間位置的三個方向作用三向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的兩個方向作用雙向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的一個方向作用單向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件. 3. 2. 1焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第46頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信根據(jù)應(yīng)力與焊根據(jù)應(yīng)力與焊 縫的相對位置縫的相對位置根據(jù)應(yīng)力產(chǎn)生根據(jù)應(yīng)力產(chǎn)生 作用的時間作用的時間根據(jù)應(yīng)力根據(jù)應(yīng)力 形成原因形成原因 向與焊縫垂直橫向應(yīng)力：應(yīng)力作用方向與焊縫平行縱向應(yīng)力：應(yīng)力作用方. 2. 1應(yīng)力殘余應(yīng)力：焊后留下的現(xiàn)的應(yīng)力瞬時應(yīng)力：焊接過程出. 2. 1受阻屬組織轉(zhuǎn)變時體積變化組織應(yīng)力：由于接頭金力變形受到拘束引起的應(yīng)拘束應(yīng)力：由于焊件熱均勻加熱引起的應(yīng)力溫度應(yīng)力：由

27、于焊件不. 3. 2. 1焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第47頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信二、焊接殘余應(yīng)力的分布二、焊接殘余應(yīng)力的分布 1. 1. 縱向殘余應(yīng)力縱向殘余應(yīng)力 的分布的分布焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力x對接接頭對接接頭 在焊縫橫截面上的分布在焊縫橫截面上的分布x第第48頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信2. 2. 橫向殘余應(yīng)力橫向殘余應(yīng)力 分布分布由縱向焊接應(yīng)力引起的由縱向焊接應(yīng)力引起的橫向應(yīng)力分布橫向應(yīng)力分布不同焊接方向時不同焊接方向時橫向應(yīng)力分布橫向應(yīng)力分布焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力y（1 1）焊接及其附近塑性變）焊接及其附近塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向形區(qū)的縱向收縮引

28、起的橫向應(yīng)力應(yīng)力y（2 2） 橫向收縮年引起的橫向收縮年引起的機工向應(yīng)力機工向應(yīng)力 y第第49頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信3. 3. 厚板焊接接頭中的殘余應(yīng)力分布厚板焊接接頭中的殘余應(yīng)力分布 厚板（大于厚板（大于20mm）焊接接頭中存在三維的殘余應(yīng)力）焊接接頭中存在三維的殘余應(yīng)力。厚板焊接接頭中的殘余應(yīng)力分布厚板焊接接頭中的殘余應(yīng)力分布焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第50頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信4.4.在拘束狀態(tài)下焊接的殘余應(yīng)力在拘束狀態(tài)下焊接的殘余應(yīng)力 由于焊接時的焊縫收縮會受到拘束力的制約，產(chǎn)生由于焊接時的焊縫收縮會受到拘束力的制約，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力，將和自由狀態(tài)下焊接

29、相似的橫向（縱向相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力，將和自由狀態(tài)下焊接相似的橫向（縱向）應(yīng)力疊加）應(yīng)力疊加。在拘束狀態(tài)下焊接的殘余應(yīng)力在拘束狀態(tài)下焊接的殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第51頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信5.5.在封閉焊縫中殘余應(yīng)力的分布：在封閉焊縫中殘余應(yīng)力的分布：焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第52頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 1. 1.對靜載強度的影響對靜載強度的影響 只要材料有足夠的延性，能夠進行塑性變形只要材料有足夠的延性，能夠進行塑性變形，內(nèi)應(yīng)力的存在不影響構(gòu)件的承載能力，對強，內(nèi)應(yīng)力的存在不影響構(gòu)件的承載能力，對強度無影響。度無影響。 如果材料處于脆性狀態(tài)時，應(yīng)力達到強

30、度極如果材料處于脆性狀態(tài)時，應(yīng)力達到強度極限時，構(gòu)件將發(fā)生局部破壞，最后導(dǎo)致構(gòu)件斷限時，構(gòu)件將發(fā)生局部破壞，最后導(dǎo)致構(gòu)件斷裂。裂。 三、焊接殘余應(yīng)力對焊接接頭的影響三、焊接殘余應(yīng)力對焊接接頭的影響焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第53頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 2.2.殘余應(yīng)力對疲勞強度的影響殘余應(yīng)力對疲勞強度的影響 在疲勞節(jié)段專門進行講解。在疲勞節(jié)段專門進行講解。 3.3.殘余應(yīng)力對機械加工精度的影響殘余應(yīng)力對機械加工精度的影響 機械加工后，原內(nèi)應(yīng)力的平衡打破，機械加工后，原內(nèi)應(yīng)力的平衡打破，工件將產(chǎn)生變形。工件將產(chǎn)生變形。 焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力機械加工引起內(nèi)應(yīng)力釋放和變形機械加工

31、引起內(nèi)應(yīng)力釋放和變形第第54頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 4.4.殘余應(yīng)力對受壓桿件的影響殘余應(yīng)力對受壓桿件的影響 波浪變形是構(gòu)件由于內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生構(gòu)件局部失穩(wěn)波浪變形是構(gòu)件由于內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生構(gòu)件局部失穩(wěn)造成。造成。 當(dāng)桿件的長細比當(dāng)桿件的長細比（大于（大于150),150),失穩(wěn)臨界應(yīng)力失穩(wěn)臨界應(yīng)力本來就低本來就低, ,或內(nèi)應(yīng)力較低時或內(nèi)應(yīng)力較低時, ,外載應(yīng)力與殘余應(yīng)力外載應(yīng)力與殘余應(yīng)力之和在失穩(wěn)之前未達到屈服極限之和在失穩(wěn)之前未達到屈服極限, ,殘余應(yīng)力對穩(wěn)定殘余應(yīng)力對穩(wěn)定性不會產(chǎn)生影響。性不會產(chǎn)生影響。焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第55頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 當(dāng)桿件的當(dāng)

32、桿件的較小較小( (小于小于30),30),相對偏心又不大（相對偏心又不大（小于小于0.10.1），其失穩(wěn)臨界應(yīng)力主要取決于桿件的全面），其失穩(wěn)臨界應(yīng)力主要取決于桿件的全面屈服，內(nèi)應(yīng)力也不致產(chǎn)生影響。屈服，內(nèi)應(yīng)力也不致產(chǎn)生影響。 對翼緣寬厚比較大的對翼緣寬厚比較大的H H型截面，壓縮殘余應(yīng)力型截面，壓縮殘余應(yīng)力將降低翼緣的局部穩(wěn)定性。將降低翼緣的局部穩(wěn)定性。 局部失穩(wěn)可能造成桿件整體失穩(wěn)。局部失穩(wěn)可能造成桿件整體失穩(wěn)。焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第56頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 5.5.殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力1 1對剛度的影響對剛度的影響 構(gòu)件中存在與外力方向一致的殘余應(yīng)力構(gòu)件中存在與外力

33、方向一致的殘余應(yīng)力1 1 ，而而1 1數(shù)值又達到屈服極限，則在外力作用下，剛數(shù)值又達到屈服極限，則在外力作用下，剛度將降低，而且卸載后構(gòu)件的原尺寸也不能復(fù)員度將降低，而且卸載后構(gòu)件的原尺寸也不能復(fù)員。 6.6.殘余應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕（開裂）的影響殘余應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕（開裂）的影響 焊接接頭區(qū)域往往比其他部位的腐蝕速度快焊接接頭區(qū)域往往比其他部位的腐蝕速度快，就是因為該區(qū)域存在著較大的焊接殘余應(yīng)力。，就是因為該區(qū)域存在著較大的焊接殘余應(yīng)力。 在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同的作用下引起材料在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同的作用下引起材料產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕。產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕。焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第5

34、7頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施四、減小焊接殘余應(yīng)力的措施 1.1.設(shè)計措施設(shè)計措施: :設(shè)計上減小焊接應(yīng)力的設(shè)計上減小焊接應(yīng)力的核心核心：正確布置焊縫正確布置焊縫，以避免應(yīng)力疊加。，以避免應(yīng)力疊加。 1 1）盡量減少結(jié)構(gòu)上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸。）盡量減少結(jié)構(gòu)上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸。 2 2）避免焊縫過分集中，焊縫間應(yīng)保持足夠的距離。）避免焊縫過分集中，焊縫間應(yīng)保持足夠的距離。焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力 3 3）采用剛性較小的接頭形式。）采用剛性較小的接頭形式。容器接管焊接容器接管焊接減小接頭的剛性措施減小接頭的剛性措施第第58頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)

35、陳信帶蓋板的雙工字梁結(jié)構(gòu)焊接順序帶蓋板的雙工字梁結(jié)構(gòu)焊接順序 2. 2. 工藝措施工藝措施1 1） 采用合理的裝配焊接順序和方向。采用合理的裝配焊接順序和方向。 在一個平面上的焊縫，焊接時，應(yīng)保證焊縫在一個平面上的焊縫，焊接時，應(yīng)保證焊縫的縱向和橫向收縮均能比較自由。的縱向和橫向收縮均能比較自由。拼接焊縫合理的裝配焊接順序拼接焊縫合理的裝配焊接順序 收縮量最大的焊縫應(yīng)先焊。收縮量最大的焊縫應(yīng)先焊。焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第59頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信 工作時受力最大的焊縫應(yīng)先焊。工作時受力最大的焊縫應(yīng)先焊。焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力對接工字梁的焊接順序?qū)庸ぷ至旱暮附禹樞?平面交

36、叉焊縫焊接時，在焊縫的交叉點易產(chǎn)生較大平面交叉焊縫焊接時，在焊縫的交叉點易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。的焊接應(yīng)力。平面交叉焊縫的焊接順序平面交叉焊縫的焊接順序第第60頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力 對接焊縫與角焊縫交叉的結(jié)構(gòu)。對接焊縫與角焊縫交叉的結(jié)構(gòu)。2 2）預(yù)熱法。）預(yù)熱法。3 3）冷焊法。）冷焊法。4 4）降低焊縫的拘束度。）降低焊縫的拘束度。降低局部剛度減少內(nèi)應(yīng)力降低局部剛度減少內(nèi)應(yīng)力第第61頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力 5 5）加熱）加熱“減應(yīng)區(qū)減應(yīng)區(qū)”法。法。加熱加熱“減應(yīng)區(qū)減應(yīng)區(qū)”法示意圖法示意圖第第62頁頁/共共71頁頁

37、焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信五、消除殘余應(yīng)力的措施五、消除殘余應(yīng)力的措施 扭曲共振法彎曲共振法殘余應(yīng)力的交變應(yīng)力來消除部分振動法：利用振動產(chǎn)生機械拉伸法熱）兩側(cè)壓應(yīng)力區(qū)域局部加熱塑性法（在焊接接頭織與性能）高溫回火（改變金相組. 2. 1. 4. 3. 2. 1注：振動法的優(yōu)點，從應(yīng)力消除效果看，振動法比用同注：振動法的優(yōu)點，從應(yīng)力消除效果看，振動法比用同樣大小的靜載拉伸效果好，且具有設(shè)備簡單，價廉，樣大小的靜載拉伸效果好，且具有設(shè)備簡單，價廉，處理成本低，時間短，無高溫回火的金屬氧化問題等處理成本低，時間短，無高溫回火的金屬氧化問題等優(yōu)點。優(yōu)點。焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第63頁頁/共共71頁頁焊接

38、教學(xué)焊接教學(xué)陳信六、焊接殘余應(yīng)力的測定六、焊接殘余應(yīng)力的測定 1.1.應(yīng)力測定方法的分類應(yīng)力測定方法的分類按其對結(jié)構(gòu)的是否破壞來分按其對結(jié)構(gòu)的是否破壞來分 按測試原理分按測試原理分無損法半破壞法全破壞法. 3. 2. 1射線法應(yīng)力釋放法X. 2. 1焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第64頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信應(yīng)力釋放法應(yīng)力釋放法原理原理：利用構(gòu)件在機加工后應(yīng)力部分釋放，：利用構(gòu)件在機加工后應(yīng)力部分釋放，回產(chǎn)生變形來重新分布應(yīng)力來達到平衡，回產(chǎn)生變形來重新分布應(yīng)力來達到平衡，利用應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來求出應(yīng)力。屬于此法利用應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來求出應(yīng)力。屬于此法的的有切條法，車削法，刨削法，套孔法，有切條法，車削法，刨削法，套孔法，小孔法小孔法。焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第65頁頁/共共71頁頁焊接教學(xué)焊接教學(xué)陳信1.1.切條法切條法：將待測焊件劃分幾個區(qū)域，在：將