焊接應(yīng)力及焊接變形講稿

1、焊接應(yīng)力與焊接變形焊接應(yīng)力與焊接變形焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形 第一節(jié)第一節(jié) 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、焊接應(yīng)力與變形的基本知識一、焊接應(yīng)力與變形的基本知識 1、彈性變形和塑性變形 變形變形: : 物體在外力或溫度等因素的作用下，其形狀和尺寸發(fā)生變化，這種變化稱為物體的變形。 彈性變形彈性變形: : 當(dāng)使物體產(chǎn)生變形的外力或其他因素去除后變形也隨之消失，物體可恢復(fù)原狀，這樣的變形稱為彈性變形。 塑性變形塑性變形: 當(dāng)外力或其他因素去除后變形仍然存在，物體不能恢復(fù)原狀，這樣的變形稱為塑性變形。 2 2、應(yīng)力、應(yīng)力 物體受外力作用后所導(dǎo)致物體內(nèi)部之間的相互作用力稱為物體受外力

2、作用后所導(dǎo)致物體內(nèi)部之間的相互作用力稱為內(nèi)力。內(nèi)力。 另外，在物理、化學(xué)或物理化學(xué)變化過程中，如溫度、金另外，在物理、化學(xué)或物理化學(xué)變化過程中，如溫度、金相組織或化學(xué)成分等變化時(shí)，在物體內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力。相組織或化學(xué)成分等變化時(shí)，在物體內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力。 作用在物體單位面積上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。作用在物體單位面積上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。 根據(jù)引起內(nèi)力原因的不同，可將應(yīng)力分為工作應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)根據(jù)引起內(nèi)力原因的不同，可將應(yīng)力分為工作應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力。力。 工作應(yīng)力是由外力作用于物體而引起的應(yīng)力；工作應(yīng)力是由外力作用于物體而引起的應(yīng)力； 內(nèi)應(yīng)力是由物體的化學(xué)成分、金相組織及溫度等因素變化，內(nèi)應(yīng)力是由物體的化學(xué)成分、

3、金相組織及溫度等因素變化，造成物體內(nèi)部的不均勻性變形而引起的應(yīng)力。造成物體內(nèi)部的不均勻性變形而引起的應(yīng)力。 3 3、焊接應(yīng)力與焊接變形、焊接應(yīng)力與焊接變形 焊接應(yīng)力焊接應(yīng)力是焊接過程中及焊接過程結(jié)束后，是焊接過程中及焊接過程結(jié)束后，存在于焊件中的內(nèi)應(yīng)力。存在于焊件中的內(nèi)應(yīng)力。 焊接變形焊接變形是由焊接而引起的焊件尺寸的改是由焊接而引起的焊件尺寸的改變。變。 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 1、焊件的不均勻受熱 （1 1）不受約束不受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形 其變形屬于自由變形，因此在桿件加熱過程中不會(huì)產(chǎn)生任何內(nèi)應(yīng)力，冷卻后也不會(huì)

4、有任何殘余應(yīng)力和殘余變形。 （2 2）受約束的受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形 如果加熱溫度較高，達(dá)到或超過材料屈服點(diǎn)溫度時(shí)（TTS=600），則桿件中產(chǎn)生壓縮塑性變形，內(nèi)部變形由彈性變形和塑性變形兩部分組成。當(dāng)溫度恢復(fù)到原始溫度時(shí)，彈性變形恢復(fù)，塑性變形不可恢復(fù)，可能出現(xiàn)以下三種情況： 如果桿件能充分自由收縮，那么桿件中只出現(xiàn)殘余變形而無殘余應(yīng)力； 如果桿件受絕對拘束，那么桿件中沒有殘余變形而存在較大的殘余應(yīng)力； 如果桿件收縮不充分，那么桿件中既有殘余應(yīng)力又有殘余變形。 （3）長板條中心加熱（類似于堆焊）引起的應(yīng)力與變形（4）長板條一側(cè)加熱（相當(dāng)于板邊堆焊）引

5、起的應(yīng)力與變形 2、焊縫金屬的收縮 當(dāng)焊縫金屬冷卻、由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時(shí)，其體積要收縮。由于焊縫金屬與母材是緊密聯(lián)系的，因此，焊縫金屬并不能自由收縮。這將引起整個(gè)焊件的變形，同時(shí)在焊縫中引起殘余應(yīng)力。 3、金屬組織的變化 鋼在加熱及冷卻過程中發(fā)生金相組織的變化，這些組織的比體積不一樣，也會(huì)造成焊接應(yīng)力與變形。4.焊件的剛性和拘束 焊件自身的剛性及受周圍的拘束程度越大，焊接變形越小，焊接應(yīng)力越大；反之，焊件自身的剛性及受周圍的拘束程度越小，則焊接變形越大，而焊接應(yīng)力越小。 剛性是指焊件抵抗變形的能力。 拘束是指焊件周圍物體對焊接變形的約束。第二節(jié)第二節(jié) 焊接殘余應(yīng)力及分布焊接殘余應(yīng)力及分布 一、焊接

6、殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力 是焊件焊完冷卻后殘留在焊件內(nèi)的焊接應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性等使用性能有影響。 二、焊接殘余應(yīng)力的分布焊接殘余應(yīng)力的分布 1、縱向殘余應(yīng)力x的分布 作用方向平行于焊縫軸線的殘余應(yīng)力稱為縱向殘余應(yīng)力。 2、橫向殘余應(yīng)力y的分布 垂直于焊縫軸線的殘余應(yīng)力稱為橫向殘余應(yīng)力。 （1）焊縫及其附近塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力y 圖1-8a （2）橫向收縮所引起的橫向殘余應(yīng)力y 總之，橫向殘余應(yīng)力的兩個(gè)組成部y、y同時(shí)存在，焊件中的橫向殘余應(yīng)力y是由y、y合成的，但它的大小要受s的限制。 三、焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的影響三、焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)

7、的影響 1、對焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響 焊接殘余應(yīng)力的存在將明顯降低脆性材料結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度。 2、對構(gòu)件加工尺寸精度的影響 3、對受壓桿件穩(wěn)定性的影響 4、對疲勞強(qiáng)度的影響 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 1、設(shè)計(jì)措施 1）盡量減少結(jié)構(gòu)上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸 2）避免焊縫過分集中 3）采用剛度較小的接頭形式 2、工藝措施 （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(gè)平面上的焊縫，焊接時(shí)應(yīng)保證焊縫的縱向和橫向收縮均能比較自由，如圖1-20所示的拼板焊接，合理的焊接順序應(yīng)是圖1-20中的110，即先焊相互錯(cuò)開的短焊縫，后焊直通長焊縫。 收縮量最大的焊縫應(yīng)先

8、焊。 因?yàn)橄群傅暮缚p收縮時(shí)受阻較小，因而殘余應(yīng)力就比較小。如圖1-21所示的帶蓋板的雙工字梁結(jié)構(gòu)，應(yīng)先焊蓋板上的對接焊縫1，后焊蓋板與工字梁之間的角焊縫2，原因是對接焊縫的收縮量比角焊縫的收縮量大。 工作時(shí)受力最大的焊縫應(yīng)先焊。如圖1-22所示的大型工字梁，應(yīng)先焊受力最大的翼板對接焊縫1，再焊腹板對接焊縫2，最后焊預(yù)先留出來的一段角焊縫3。 焊接平面交叉焊縫時(shí)，在焊縫的交叉點(diǎn)易產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。 對接焊縫與角焊縫交叉的結(jié)構(gòu)。 （2）預(yù)熱法 （3）冷焊法 冷焊法是通過減少焊件受熱來減小焊接部位與結(jié)構(gòu)上其他部位間的溫度差。 （4）降低焊縫的拘束度 （5）加熱“減應(yīng)區(qū)”法 焊接時(shí)加熱那些阻礙焊

9、接區(qū)自由伸縮的部位，使之與焊接區(qū)同時(shí)膨脹和同時(shí)收縮，起到減小焊接殘余應(yīng)力的作用。 五、消除焊接殘余應(yīng)力的方法五、消除焊接殘余應(yīng)力的方法 1、熱處理法 包括整體高溫回火和局部回火 （1）整體熱處理 是將整個(gè)構(gòu)件緩慢加熱到一定的溫度（低碳鋼為650），并在該溫度下保溫一定的時(shí)間（一般按每毫米板厚保溫24min，但總時(shí)間不少于30min），然后空冷或隨爐冷卻。 （2）局部熱處理 2、機(jī)械拉伸法 在壓力容器制造的最后階段，通常要進(jìn)行水壓試驗(yàn)，和起重機(jī)的靜載試驗(yàn)，其目的之一也是利用加載來消除部分殘余應(yīng)力。 4、錘擊焊縫 錘擊焊縫，可使焊縫金屬產(chǎn)生延伸變形，能抵消一部分壓縮塑性變形，起到減小焊接殘余應(yīng)力的作用。 5、振動(dòng)法 第三節(jié)第三節(jié) 焊接變形焊接變形 一、焊接變形的基本形式 焊接變形在焊接結(jié)構(gòu)中的分布是很復(fù)雜的。按變形對整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的影響程度可將焊接變形分成局部變形和整體變形；五種基本變形形式：收縮收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲