焊接應力與變形

1、 焊焊 接接 結結 構構第三章第三章 焊接應力與變形焊接應力與變形Welding stress and deformation材料成型及控制工程2012.9 焊接結構焊接結構本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容3.1 內(nèi)應力與變形的基本知識內(nèi)應力與變形的基本知識3.2 焊接應力與變形機理分析焊接應力與變形機理分析3.3 焊接殘余應力焊接殘余應力3.4 焊接殘余變形焊接殘余變形3.5 焊接殘余應力與變形的測量和調控焊接殘余應力與變形的測量和調控焊接殘余應力及殘余變形的概念、焊接殘余應力及殘余變形的概念、焊接應力及變形的形成過程、焊接應力及變形的形成過程、焊接殘余應力的分布、影響、控制及消除措施、焊接殘余應力的

2、分布、影響、控制及消除措施、焊接殘余變形的形式、影響、控制及消除措施焊接殘余變形的形式、影響、控制及消除措施 焊接結構焊接結構 焊接結構焊接結構 焊接結構焊接結構3.1 內(nèi)應力與變形的基本知識內(nèi)應力與變形的基本知識 Welding Stress and Deformation3.1.1 焊接應力的基本知識焊接應力的基本知識（1）內(nèi)應力的概念）內(nèi)應力的概念l內(nèi)應力定義內(nèi)應力定義 指在指在無外力無外力作用作用下下平衡平衡于物體內(nèi)部于物體內(nèi)部的應力。的應力。l內(nèi)應力特點內(nèi)應力特點 拉壓共存；拉壓平衡；在應力分拉壓共存；拉壓平衡；在應力分 布圖上至少有布圖上至少有3塊面塊面積。積。l內(nèi)應力別名內(nèi)應力別

3、名 初始應力，鎖定應力，固有應力、反作用應力等。初始應力，鎖定應力，固有應力、反作用應力等。l內(nèi)應力舉例內(nèi)應力舉例鑄件，焊接件，鉚接件等都存在內(nèi)應力鑄件，焊接件，鉚接件等都存在內(nèi)應力鉚釘鉚釘工件工件x內(nèi)應力內(nèi)應力 焊接結構焊接結構兩邊區(qū)域受壓兩邊區(qū)域受壓xy中心區(qū)域受拉中心區(qū)域受拉 焊接結構焊接結構內(nèi)應力是一種普遍存在的現(xiàn)象內(nèi)應力是一種普遍存在的現(xiàn)象l 內(nèi)應力作用的可能結果：內(nèi)應力作用的可能結果：菜板為什么會裂？菜板為什么會裂？熟好的西瓜為什么容易裂開？熟好的西瓜為什么容易裂開？腹部有未愈合傷口的人為什么不敢直腰？腹部有未愈合傷口的人為什么不敢直腰？鋼筋混凝土預制構件中有無內(nèi)應力？鋼筋混凝土預

4、制構件中有無內(nèi)應力？鑄件、焊件為什么會開裂？鑄件、焊件為什么會開裂？ 焊接結構焊接結構（2）產(chǎn)生原因）產(chǎn)生原因 不均勻不均勻塑性變形塑性變形：冷軋、冷彎：冷軋、冷彎 不均勻不均勻溫度場溫度場：焊接：焊接 不均勻不均勻相變相變：如奧氏體馬氏體轉變：如奧氏體馬氏體轉變 鋼中膨脹系數(shù)由大到小的順序為：鋼中膨脹系數(shù)由大到小的順序為： 奧氏體奧氏體鐵素體鐵素體珠光體珠光體上、下貝氏體上、下貝氏體馬氏體；馬氏體； 比容變化相反：比容變化相反： 馬氏體馬氏體鐵素體鐵素體珠光體珠光體奧氏體奧氏體碳化物碳化物 奧氏體馬氏體轉變奧氏體馬氏體轉變體積？體積？ 不均勻不均勻化學反應化學反應 約約3%的膨脹的膨脹 焊接

5、結構焊接結構熱脹冷縮熱脹冷縮不均勻不均勻 焊接結構焊接結構例例:高速鋼高速鋼萊氏體鋼，含有大量合金元素萊氏體鋼，含有大量合金元素l 過冷奧氏體轉變?yōu)榇慊瘃R氏體，由于前者比容小，后者比容大，鋼過冷奧氏體轉變?yōu)榇慊瘃R氏體，由于前者比容小，后者比容大，鋼從收縮狀態(tài)逆轉為膨脹狀態(tài)，從收縮狀態(tài)逆轉為膨脹狀態(tài)，l 組織應力：組織應力：金屬內(nèi)外層相變引起的比容變化不同時性產(chǎn)生的內(nèi)應力金屬內(nèi)外層相變引起的比容變化不同時性產(chǎn)生的內(nèi)應力l 熱應熱應 力：力：大型刀具的表面和中心以及厚薄不同處因加熱和冷卻速度大型刀具的表面和中心以及厚薄不同處因加熱和冷卻速度不一致形成溫度差，導致體積膨脹與收縮不同而產(chǎn)生的內(nèi)應力不一

6、致形成溫度差，導致體積膨脹與收縮不同而產(chǎn)生的內(nèi)應力l 附加應力：附加應力：刀具表面和內(nèi)部組織結構不均勻以及工具內(nèi)部彈性變形刀具表面和內(nèi)部組織結構不均勻以及工具內(nèi)部彈性變形不一致形成的內(nèi)應力。不一致形成的內(nèi)應力。l 當以上三種應力之和大于材料的破斷抗力時，則形成淬火裂紋。當以上三種應力之和大于材料的破斷抗力時，則形成淬火裂紋。 焊接結構焊接結構（3）內(nèi)應力分類）內(nèi)應力分類 按分布范圍分：按分布范圍分：宏觀內(nèi)應力：平衡范圍整個結構宏觀內(nèi)應力：平衡范圍整個結構 第一類內(nèi)應力第一類內(nèi)應力 微觀內(nèi)應力：平衡范圍晶粒之間微觀內(nèi)應力：平衡范圍晶粒之間 第二類內(nèi)應力第二類內(nèi)應力超微觀內(nèi)應力：平衡范圍晶格之間超

7、微觀內(nèi)應力：平衡范圍晶格之間 第三類內(nèi)應力第三類內(nèi)應力 按應力變化與時間的關系分按應力變化與時間的關系分：瞬時應力：應力隨時間變化瞬時應力：應力隨時間變化 殘余應力：應力不隨時間變化殘余應力：應力不隨時間變化 焊接結構焊接結構按產(chǎn)生原因分為按產(chǎn)生原因分為:l 熱應力熱應力(又稱溫度應力又稱溫度應力)由于焊件經(jīng)受了不協(xié)調的熱變形所致。由于焊件經(jīng)受了不協(xié)調的熱變形所致。l 相變應力相變應力由于焊縫區(qū)不均勻的相變，引起焊縫及熱影響區(qū)金屬的由于焊縫區(qū)不均勻的相變，引起焊縫及熱影響區(qū)金屬的比容變化所致。比容變化所致。l 拘束應力拘束應力由于工件自身或外加夾具的拘束作用產(chǎn)生的內(nèi)應力。由于工件自身或外加夾具

8、的拘束作用產(chǎn)生的內(nèi)應力。l 凝縮應力凝縮應力因焊縫區(qū)液態(tài)金屬冷凝收縮引起的內(nèi)應力。因焊縫區(qū)液態(tài)金屬冷凝收縮引起的內(nèi)應力。l 氫致集中應力氫致集中應力因焊縫區(qū)的擴散氫在晶界或顯微缺陷處聚集而形成因焊縫區(qū)的擴散氫在晶界或顯微缺陷處聚集而形成氫壓所致的內(nèi)應力。氫壓所致的內(nèi)應力。 焊接結構焊接結構 按應力狀態(tài)分為：按應力狀態(tài)分為：l 單向應力單向應力又稱線應力，存在于窄板條結構；又稱線應力，存在于窄板條結構；l 雙向應力雙向應力又稱平面應力，存在于薄板結構；又稱平面應力，存在于薄板結構；l 三向應力三向應力又稱體積應力，存在于厚板結構。又稱體積應力，存在于厚板結構。 三向應力的符號表示：三向應力的符號

9、表示：x , y , z 。 x 縱向應力，即平行焊縫方向的內(nèi)應力；縱向應力，即平行焊縫方向的內(nèi)應力； y 橫向應力，即垂直焊縫方向的內(nèi)應力；橫向應力，即垂直焊縫方向的內(nèi)應力； z 板厚方向的應力，即垂直焊縫平面的內(nèi)應力。板厚方向的應力，即垂直焊縫平面的內(nèi)應力。 焊接結構焊接結構3.1.2 焊接變形的基本知識焊接變形的基本知識（1 1）焊接變形的概念）焊接變形的概念 焊接工藝過程導致的工件尺寸或形狀的改變。焊接工藝過程導致的工件尺寸或形狀的改變。（2 2）焊接變形的分類）焊接變形的分類： 按產(chǎn)生時序分為：按產(chǎn)生時序分為：l 瞬時變形瞬時變形即指焊接過程中工件的即指焊接過程中工件的動態(tài)動態(tài)變形；

10、變形；l 殘余變形殘余變形焊后，殘留于工件中的變形。焊后，殘留于工件中的變形。 瞬時變形是一個過程；瞬時變形是一個過程； 殘余變形是最終結果。殘余變形是最終結果。 焊接結構焊接結構 按焊接變形的形貌分為：按焊接變形的形貌分為：縱向收縮縱向收縮?L工件在焊縫方向的尺寸縮短行為；工件在焊縫方向的尺寸縮短行為；橫向收縮橫向收縮?B在垂直焊縫方向的尺寸縮短行為；在垂直焊縫方向的尺寸縮短行為；角變形角變形 工件的平面圍繞焊縫軸線產(chǎn)生的角位移；工件的平面圍繞焊縫軸線產(chǎn)生的角位移；波浪變形波浪變形薄板工件在板平面上產(chǎn)生的凸凹不平；薄板工件在板平面上產(chǎn)生的凸凹不平；彎曲變形彎曲變形工件軸線產(chǎn)生的撓曲變形；工件

11、軸線產(chǎn)生的撓曲變形；扭曲變形扭曲變形工件整體產(chǎn)生的螺旋變形；工件整體產(chǎn)生的螺旋變形；焊接錯邊焊接錯邊工件的坡口兩側母材產(chǎn)生局部不平。工件的坡口兩側母材產(chǎn)生局部不平。 焊接結構焊接結構收縮變形收縮變形縱向、橫向縱向、橫向 焊接結構焊接結構角變形角變形 焊接結構焊接結構波浪變形波浪變形失穩(wěn)變形失穩(wěn)變形彎曲變形彎曲變形 焊接結構焊接結構扭曲變形扭曲變形 焊接結構焊接結構錯邊錯邊變形變形 焊接結構焊接結構a.區(qū)別偽波浪變形與真正波浪變形的本質不同；區(qū)別偽波浪變形與真正波浪變形的本質不同；b.注意焊接錯邊與裝配錯邊的本質不同；注意焊接錯邊與裝配錯邊的本質不同；c.注意分析各種變形的產(chǎn)生原因及相互關系。注

12、意分析各種變形的產(chǎn)生原因及相互關系。解釋與提示：解釋與提示：偽波浪變形的本質是：偽波浪變形的本質是：角變形的連續(xù)角變形的連續(xù) 表象；表象；真正波浪變形本質是：薄板真正波浪變形本質是：薄板受壓失穩(wěn)受壓失穩(wěn) 行為；行為； 它們都是構件它們都是構件 剛性不足剛性不足 的表現(xiàn)形式。的表現(xiàn)形式。裝配錯邊是機械裝配精度不足所為；裝配錯邊是機械裝配精度不足所為； 是是鉚工鉚工的責任！的責任?。?）焊接變形的幾點說明）焊接變形的幾點說明 焊接結構焊接結構d) 焊接錯邊的本質原因是：焊接錯邊的本質原因是： 焊接件坡口兩側母材熱變形不一致或受熱狀態(tài)不同所焊接件坡口兩側母材熱變形不一致或受熱狀態(tài)不同所致。具體原因可

13、能是：致。具體原因可能是： 1）電弧偏吹；）電弧偏吹； 2）異質接頭；）異質接頭； 3）不等厚接頭；）不等厚接頭； 4）散熱條件不同；）散熱條件不同； 5）拘束條件不同。）拘束條件不同。 焊接結構焊接結構（4）各種變形的相互聯(lián)系）各種變形的相互聯(lián)系 縱向收縮縱向收縮 橫向收縮橫向收縮 角變形的本質是：橫向收縮在角變形的本質是：橫向收縮在厚度方向厚度方向上的不等量分布所上的不等量分布所致。致。 扭曲變形的本質是：角變形在焊縫長度方向上的不等量分扭曲變形的本質是：角變形在焊縫長度方向上的不等量分布與布與不對稱焊接不對稱焊接所致。所致。 彎曲變形可能是：縱向收縮和彎曲變形可能是：縱向收縮和/或橫向收

14、縮造成的。即把或橫向收縮造成的。即把焊縫的偏心收縮產(chǎn)生的偏心力矩理解為偏心壓縮！焊縫的偏心收縮產(chǎn)生的偏心力矩理解為偏心壓縮！是兩種是兩種基本變形基本變形形式，是二維收縮的結果形式，是二維收縮的結果！ 焊接結構焊接結構3.2 焊接應力與變形機理分析焊接應力與變形機理分析3.2.1 焊接應力與變形的基本概念焊接應力與變形的基本概念提要：這里通過對小試件均勻線性加熱與冷卻過程熱循環(huán)中提要：這里通過對小試件均勻線性加熱與冷卻過程熱循環(huán)中的熱變形與熱應力循環(huán)的熱變形與熱應力循環(huán) 的分析，使我們深刻理解焊接應的分析，使我們深刻理解焊接應力與變形的產(chǎn)生過程及殘余應力與變形的產(chǎn)生機理。力與變形的產(chǎn)生過程及殘余

15、應力與變形的產(chǎn)生機理。方法方法：利用應力、應變循環(huán)圖直觀分析。：利用應力、應變循環(huán)圖直觀分析。基本概念：自由變形，外觀變形，內(nèi)部變形?；靖拍睿鹤杂勺冃危庥^變形，內(nèi)部變形?；痉枺夯痉枺?L T Le L應變表示：應變表示： T e 焊接結構焊接結構三種基本變形的定義三種基本變形的定義自由變形自由變形 在溫度變化時試件的變形不受任何限制，能夠充分表現(xiàn)出在溫度變化時試件的變形不受任何限制，能夠充分表現(xiàn)出來的變形來的變形外觀變形外觀變形 由于某種拘束作用的限制，使得試件的熱變形不能充分表由于某種拘束作用的限制，使得試件的熱變形不能充分表現(xiàn)出來，把其中現(xiàn)出來，把其中表現(xiàn)出來的部分變形稱為外觀

16、變形表現(xiàn)出來的部分變形稱為外觀變形內(nèi)部變形內(nèi)部變形未表現(xiàn)出來未表現(xiàn)出來的那部分就稱為的那部分就稱為內(nèi)部變形內(nèi)部變形 焊接結構焊接結構 三種基本變形的圖解三種基本變形的圖解 L0L可見可見， L=| L T Le| 考慮到拉壓關系考慮到拉壓關系應力分析的重要公式應力分析的重要公式LTLe又有又有, L= Le L T 即即, Le = L T + L 焊接結構焊接結構三種變形的應變形式三種變形的應變形式 只要將公式只要將公式 Le = L T + L 兩邊同除以試件兩邊同除以試件 的原始長度的原始長度L0，即得到各自的應變形式：，即得到各自的應變形式： e T 其中，其中， L T L0 可計算

17、可計算 Le 可測量可測量 因而，因而， L 可間接計算得到可間接計算得到 焊接結構焊接結構三種變形的分析結論：三種變形的分析結論： 外觀變形在數(shù)值上外觀變形在數(shù)值上等于等于自由變形與內(nèi)部變形的自由變形與內(nèi)部變形的代代數(shù)和。數(shù)和。 它的應變表達式為：它的應變表達式為： e e T T 它的等價形式為：它的等價形式為： e e T T 這兩個公式一定要牢記！ 焊接結構焊接結構3.2.2 試件內(nèi)部的應力試件內(nèi)部的應力提示：提示：小試件均勻加熱過程的變形一旦受到拘束小試件均勻加熱過程的變形一旦受到拘束等效于外等效于外力作用，就會產(chǎn)生內(nèi)部變形，同樣會產(chǎn)生應力。力作用，就會產(chǎn)生內(nèi)部變形，同樣會產(chǎn)生應力。

18、計算方法：計算方法： 在彈性范圍內(nèi)在彈性范圍內(nèi) E E E E（ e e T T ） 超出彈性范圍超出彈性范圍 則有則有 s s 焊接結構焊接結構3.2.3 材料屈服限的變化材料屈服限的變化 （1）低碳鋼應力應變曲線示意圖）低碳鋼應力應變曲線示意圖 焊接結構焊接結構（2） 材料屈服限的變化材料屈服限的變化 提示：材料的機械性能隨溫度的變化而變化，當溫度變化提示：材料的機械性能隨溫度的變化而變化，當溫度變化幅度較大時，其性能變化幅度也是十分驚人的！幅度較大時，其性能變化幅度也是十分驚人的！ 低碳鋼低碳鋼屈服限隨加熱溫度的變化關系屈服限隨加熱溫度的變化關系T T500500600600塑性溫度塑性

19、溫度600 焊接結構焊接結構（3） TP與與TS TP 指金屬在升溫過程中達到指金屬在升溫過程中達到s為為0時所對時所對 對應臨對應臨界溫度。界溫度。 TS指金屬在升溫過程中，內(nèi)部應力達到指金屬在升溫過程中，內(nèi)部應力達到s時所對時所對對應臨界溫度。對應臨界溫度。 舉例：對于低碳鋼舉例：對于低碳鋼TP600； TS的討論：的討論： 分析低碳鋼小試件在不同拘束條件的分析低碳鋼小試件在不同拘束條件的TS ？ 焊接結構焊接結構低碳鋼在絕對剛性拘束時的低碳鋼在絕對剛性拘束時的TS 絕對剛性拘束，絕對剛性拘束，等價等價 e 0 ！ 因此，因此， T = 達到達到TS時時, 試件中對應的應力值為試件中對應的

20、應力值為s ！低碳鋼的相關材料常數(shù)：低碳鋼的相關材料常數(shù)： 12106/， E=2105 N / mm2 s =240N / mm2 代入具體參數(shù)可得：代入具體參數(shù)可得： s sE E E Es s整理后，得整理后，得 s s / /（ E E ） 240/(2240/(210105 512121010-6-6） 100 100 即在絕對剛性拘束下，即在絕對剛性拘束下，只要溫度升高只要溫度升高100，低碳鋼小試件便達到屈低碳鋼小試件便達到屈服狀態(tài)！服狀態(tài)！ 焊接結構焊接結構3.2.4 典型拘束狀態(tài)的表征典型拘束狀態(tài)的表征 絕對自由拘束絕對自由拘束： e T ， 0 絕對剛性拘束：絕對剛性拘束：

21、 T ，e 0 彈性拘束：彈性拘束： e T ， 0 上述幾種上述幾種拘束狀態(tài)的表征，在以后的應力分析中會拘束狀態(tài)的表征，在以后的應力分析中會經(jīng)常提到！經(jīng)常提到！ 焊接結構焊接結構拘束條件不同時，同樣加熱到拘束條件不同時，同樣加熱到400，冷卻后有什，冷卻后有什么變化？么變化？t, TTTteT0eT在任意時刻，在任意時刻，桿件的內(nèi)部應變桿件的內(nèi)部應變桿件內(nèi)應力為桿件內(nèi)應力為0。 焊接結構焊接結構3.2.5 剛性拘束板條殘余變形與殘余應力剛性拘束板條殘余變形與殘余應力 （1）當溫升）當溫升T TS時，時，內(nèi)部變形內(nèi)部變形 s ； 材料內(nèi)部材料內(nèi)部沒有塑性變形沒有塑性變形，即，即p 0； 材料處

22、于材料處于完全彈性狀態(tài)完全彈性狀態(tài)。 因此，加熱循環(huán)結束后，試件也因此，加熱循環(huán)結束后，試件也沒有任何殘余變形。沒有任何殘余變形。試件最終恢復原始狀態(tài)，所以，其內(nèi)部也試件最終恢復原始狀態(tài)，所以，其內(nèi)部也沒有殘余應力沒有殘余應力！ 焊接結構焊接結構 （2）當溫升）當溫升 T TS時，內(nèi)部變形時，內(nèi)部變形 s ； 材料內(nèi)部材料內(nèi)部就會產(chǎn)生就會產(chǎn)生塑性變形塑性變形， 即即|p | 0；(假設假設 s ) 材料處于材料處于彈彈塑性狀態(tài)塑性狀態(tài)。 因此，在冷卻過程中：因此，在冷卻過程中： 若允許試件自由收縮，熱循環(huán)結束后，試件就會產(chǎn)生若允許試件自由收縮，熱循環(huán)結束后，試件就會產(chǎn)生尺寸縮短尺寸縮短|p |

23、的的 殘余變形殘余變形！ 若不允許試件自由收縮，那么，冷卻過程就會產(chǎn)生若不允許試件自由收縮，那么，冷卻過程就會產(chǎn)生拉拉應力應力，最終，就會產(chǎn)生，最終，就會產(chǎn)生殘余拉應力殘余拉應力！ 焊接結構焊接結構 （3）當溫升）當溫升 T TS時，時， 內(nèi)部變形內(nèi)部變形| | s ； 這時，材料內(nèi)部這時，材料內(nèi)部產(chǎn)生的產(chǎn)生的塑性變形塑性變形一旦達到：一旦達到： |p | s 的狀態(tài)，那么，冷卻終了時，試件中不但的狀態(tài)，那么，冷卻終了時，試件中不但會產(chǎn)生達到會產(chǎn)生達到s 的拉應力，還會產(chǎn)生新的拉伸塑性變形的拉應力，還會產(chǎn)生新的拉伸塑性變形p ！ 這就是所謂的這就是所謂的熱塑性變形循環(huán)熱塑性變形循環(huán)！ 焊接結構

24、焊接結構T,Tt1t2tT 1t （4）剛性拘束板條）剛性拘束板條 Tmax100 焊接結構焊接結構內(nèi)部應變小于屈服應變，內(nèi)部應變小于屈服應變，Tmax200 1t2t4tsTTp3t 焊接結構焊接結構200Tmax5001t2t4tsTTp3t5ts 焊接結構焊接結構500Tmax6001t2t4tsTTp3t5ts6ts7ts 焊接結構焊接結構當桿件所受拘束不是剛性拘束，如在膨脹過程中可以部分自由變當桿件所受拘束不是剛性拘束，如在膨脹過程中可以部分自由變形，或在收縮過程中可以自由收縮等，在這種條件下桿件內(nèi)部的形，或在收縮過程中可以自由收縮等，在這種條件下桿件內(nèi)部的應力、變形？應力、變形？1

25、t2t4tsTTp3t5ts 焊接結構焊接結構1t2t4tsTTp3t5t6t非剛性約束非剛性約束 焊接結構焊接結構3.2.6 長板條中心加熱試件分析長板條中心加熱試件分析 分析前提分析前提平面變形假設平面變形假設 表述：表述：試件上處在同一平面的點，在整個熱變形過程中始試件上處在同一平面的點，在整個熱變形過程中始終保持在同一平面上！終保持在同一平面上！ 加熱條件：加熱條件：長板條中心加熱長板條中心加熱 1) TMAX TS 2) TMAX TS 焊接結構焊接結構(1) TMAX TS 的最高溫度狀態(tài)的最高溫度狀態(tài)T假想狀態(tài)假想狀態(tài) 實際狀態(tài)實際狀態(tài) 平面變形平面變形 各自獨立各自獨立|max

26、 | s Te 焊接結構焊接結構 焊接結構焊接結構冷卻終了：冷卻終了：l 由于由于TMAX TS ，故內(nèi)部變形故內(nèi)部變形 s ；l 單元體內(nèi)部單元體內(nèi)部沒有塑性變形沒有塑性變形，即，即p 0；l 單元體內(nèi)每個小窄條處于單元體內(nèi)每個小窄條處于完全彈性狀態(tài)完全彈性狀態(tài)。l 因此，加熱循環(huán)結束后，單元體因此，加熱循環(huán)結束后，單元體沒有任何殘余變形，沒有任何殘余變形，最最終恢復到原始狀態(tài)。所以，單元體內(nèi)部也終恢復到原始狀態(tài)。所以，單元體內(nèi)部也沒有任何殘余應沒有任何殘余應力力！ 焊接結構焊接結構 (2) TMAX TSs|max | s p 加熱狀態(tài)加熱狀態(tài)冷卻終了冷卻終了中心受壓，兩邊受拉中心受壓，兩

27、邊受拉 中心受拉，兩邊受壓中心受拉，兩邊受壓ee 焊接結構焊接結構 焊接結構焊接結構(3) 長板條中心焊接試件分析長板條中心焊接試件分析特點特點: :應力場應力場兩邊受拉兩邊受拉, ,中中部受壓部受壓; ;總體平衡！總體平衡！中心區(qū)中心區(qū)應力為零應力為零;壓縮塑性變形最大；壓縮塑性變形最大；外觀變形外觀變形平移伸長平移伸長；材料處于三種狀態(tài)：材料處于三種狀態(tài)： a）彈性狀態(tài)；）彈性狀態(tài)； b）彈塑性狀態(tài)；）彈塑性狀態(tài)； c）完全塑性狀態(tài)。）完全塑性狀態(tài)。 焊接結構焊接結構 殘余應力分布殘余應力分布 冷卻終了：冷卻終了：兩邊受壓，中心受拉；兩邊受壓，中心受拉； 峰值應力達到峰值應力達到s s，產(chǎn)

28、生拉伸塑性變形，產(chǎn)生拉伸塑性變形 P P冷卻至室溫的應力分布圖冷卻至室溫的應力分布圖 焊接結構焊接結構3.2.7長板條一側加熱長板條一側加熱 長板條一側堆焊時的變形與應力分布會是怎樣？長板條一側堆焊時的變形與應力分布會是怎樣？ 焊接結構焊接結構 焊接結構焊接結構 焊接結構焊接結構n 有屈服區(qū)高溫有屈服區(qū)高溫 n 有屈服區(qū)降溫后有屈服區(qū)降溫后 焊接結構焊接結構3.2 焊接應力與變形機理分析 分析不同時刻的應力分析不同時刻的應力 平衡及演變過程特征平衡及演變過程特征在焊接試件中取出單元體1B3.2.1 焊接應力與變形的演變過程焊接應力與變形的演變過程 焊接結構焊接結構基本思路：基本思路： 在單元體

29、內(nèi)，沿焊縫方向的溫度場近似均勻，在板寬方向其溫度場在單元體內(nèi)，沿焊縫方向的溫度場近似均勻，在板寬方向其溫度場對稱分布；對稱分布； 將單元體沿焊縫方向細分為若干小條，每個小條近似看作一個小試將單元體沿焊縫方向細分為若干小條，每個小條近似看作一個小試件；件； 然后，運用平面變形假設及自由變形，外觀變形，內(nèi)部變形關系，然后，運用平面變形假設及自由變形，外觀變形，內(nèi)部變形關系，分析焊接過程不同時刻的應力與變形循環(huán)。分析焊接過程不同時刻的應力與變形循環(huán)。 焊接結構焊接結構熱源過后試件某一截面四個典型的時刻：熱源過后試件某一截面四個典型的時刻： t1進入冷卻后進入冷卻后600等溫線最寬等溫線最寬(bp區(qū)區(qū)

30、)的時刻；的時刻； t2最高溫度為最高溫度為600的時刻；的時刻； t3最高溫度為最高溫度為400以下的某時刻；以下的某時刻； t4恢復到室溫的時刻?；謴偷绞覝氐臅r刻。 通過典型時刻的對比，看清演變的動向和趨勢！通過典型時刻的對比，看清演變的動向和趨勢！圖 3-14 焊接結構焊接結構 t1時刻的溫度場與應力場時刻的溫度場與應力場： 600500eTPST, , 特征：兩邊受拉，中部受壓；特征：兩邊受拉，中部受壓； 中心區(qū)域中心區(qū)域壓縮塑性變形極大壓縮塑性變形極大； 最大壓應力幅值為最大壓應力幅值為S ！ 中心區(qū)域中心區(qū)域 TTP 出現(xiàn)零應力區(qū)！出現(xiàn)零應力區(qū)！ 應力場滿足拉壓平衡關系。應力場滿足

31、拉壓平衡關系。 焊接結構焊接結構兩側兩側 t2時刻的的溫度場與應力場：時刻的的溫度場與應力場：600e500TP T1T2PT, , 演變特征：演變特征：溫度溫度 有升有降；有升有降； 中心區(qū)在急劇降溫；中心區(qū)在急劇降溫； 兩側低溫區(qū)在升溫！兩側低溫區(qū)在升溫！塑性區(qū)塑性區(qū)有所擴展；有所擴展； 壓縮塑性變形區(qū)向兩側推進；壓縮塑性變形區(qū)向兩側推進； 拉伸塑性變形區(qū)中心凸現(xiàn)。拉伸塑性變形區(qū)中心凸現(xiàn)。應力場應力場明顯變化；明顯變化；中心從無到有；壓應力區(qū)向兩側移中心從無到有；壓應力區(qū)向兩側移動；兩側原來的拉應力區(qū)有所減小動；兩側原來的拉應力區(qū)有所減小 焊接結構焊接結構兩側兩側 t3時刻的的溫度場與應力

32、場：時刻的的溫度場與應力場：600PT3T2eT P”T, , 演變特征：演變特征：溫度 有升有降； 中心區(qū)在急劇降溫； 兩側低溫區(qū)在升溫！塑性區(qū)有所擴展； 壓縮塑性變形區(qū)向兩側推進； 拉伸塑性變形區(qū)在中心發(fā)展。應力場 明顯變化； 中心拉應力達到s； 壓應力區(qū)繼續(xù)向兩側移動； 兩側的拉應力區(qū)進一步減小。 焊接結構焊接結構 t4時刻的的溫度場與應力場：時刻的的溫度場與應力場： P”T3T4Te T, , 演變特征：演變特征：溫度 全面下降； 中心區(qū)降溫幅度大； 兩側低溫區(qū)降溫幅度小； t4時刻總體恢復到室溫室溫！塑性變形區(qū)： 壓縮塑性區(qū)寬度基本不變； 拉伸塑性變形繼續(xù)增大。應力場明顯變化； 中心

33、拉應力區(qū)有所擴大； 兩側原有的拉應力區(qū)消失； 壓應力區(qū)推移至兩側。 最終形成3塊面積： 中心受拉，兩側受壓。中心受拉，兩側受壓。 焊接結構焊接結構 焊接結構焊接結構演變過程小結演變過程小結 基本依據(jù)：基本依據(jù)：1）平面變形原理平面變形原理； 2） e T ； 3）T TP ,S = 0 。 關鍵關鍵找到每一時刻的找到每一時刻的 T 的分布規(guī)律 ； 認清e 線就是應力分布圖的零線。 數(shù)值關系：數(shù)值關系： |P壓縮| max =P 拉伸拉伸 S 殘余應力：拉應力區(qū)峰值為 S ！ 分布規(guī)律：中心受拉，兩邊受壓！ 焊接結構焊接結構3.2.2 焊接過程中的應變循環(huán)焊接過程中的應變循環(huán)無低溫相變點無低溫相

34、變點-應變循環(huán)應變循環(huán)AF、M 體積增大、體積增大、放熱放熱F、MA 體積變小、體積變小、吸熱吸熱 TTet1t2t3Tpt4t5 焊接結構焊接結構 有低溫相變點應變循環(huán)有低溫相變點應變循環(huán)AF、M 體積增大、放體積增大、放熱熱F、MA 體積變小、吸體積變小、吸熱熱 TeP 焊接結構焊接結構3.2.3 熱循環(huán)過程中材料性能的變化熱循環(huán)過程中材料性能的變化T T500500600600塑性溫度塑性溫度600 焊接結構焊接結構3.4 焊接殘余應力 內(nèi)容提要內(nèi)容提要：1. 了解了解焊接殘余應力的焊接殘余應力的危害危害； 2. 掌握掌握焊接殘余應力的焊接殘余應力的分布規(guī)律分布規(guī)律； 3. 了解了解影響

35、影響焊接殘余應力分布的焊接殘余應力分布的因素因素 以便以便改善改善焊接殘余應力的焊接殘余應力的分布分布； 4. 掌握掌握調控調控及及消除消除焊接殘余應力的方法焊接殘余應力的方法 以便處理實際工程問題。以便處理實際工程問題。 焊接結構焊接結構1 1）對產(chǎn)品制造工藝的影響對產(chǎn)品制造工藝的影響 a a）影響構件的）影響構件的尺寸穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性及及加工精度加工精度； b b）嚴重時，導致焊接）嚴重時，導致焊接裂紋裂紋產(chǎn)生，造成產(chǎn)品返修，產(chǎn)生，造成產(chǎn)品返修， 甚至甚至報廢報廢?。ㄨT鐵補焊時極易發(fā)生）！（鑄鐵補焊時極易發(fā)生）2）對結構靜載強度的影響）對結構靜載強度的影響 a a）塑性好的材料塑性好的材料

36、沒有影響沒有影響能實現(xiàn)整個截面能實現(xiàn)整個截面 上的上的全面屈服全面屈服。 b b）塑性差的材料塑性差的材料有影響有影響局部首先達到材料局部首先達到材料 的強度極限！的強度極限！ c c）注意注意缺口效應缺口效應缺口尖端出現(xiàn)缺口尖端出現(xiàn)三向拉應力三向拉應力， 導致導致 材料變脆材料變脆。3.4.1 焊接殘余應力的焊接殘余應力的危害危害 焊接結構焊接結構3）對壓桿穩(wěn)定性的影響對壓桿穩(wěn)定性的影響 實質：實質：降低降低構件的構件的有效承載截面有效承載截面！ 使其使其抗彎能力不足抗彎能力不足。4）對結構剛度的影響）對結構剛度的影響 實質：實質：降低降低構件的構件的有效承載截面有效承載截面！ 使其使其剛度

37、下降剛度下降。5 5）對應力腐蝕開裂的影響）對應力腐蝕開裂的影響 實質：實質：拉應力拉應力使裂紋表面的使裂紋表面的鈍化膜破壞鈍化膜破壞。 起到起到“引狼入室引狼入室”的助裂作用！的助裂作用！6 6）對動載強度的影響）對動載強度的影響 應作辯證分析，在應作辯證分析，在第五章第五章詳細介紹詳細介紹。 焊接結構焊接結構壓桿穩(wěn)定性下降的壓桿穩(wěn)定性下降的分析 壓桿穩(wěn)定性的降低壓桿穩(wěn)定性的降低(參考圖例參考圖例)sxx 殘余應力的存在殘余應力的存在,使使截面慣性矩截面慣性矩I IX X大大下降大大下降!相當于相當于有效承載截面大大削弱有效承載截面大大削弱( 收縮為藍區(qū)收縮為藍區(qū))屈服區(qū)屈服區(qū)承載區(qū)承載區(qū)殘

38、余殘余 外載外載 疊加疊加 焊接結構焊接結構結構剛度降低分析結構剛度降低分析分析圖分析圖sBbp原始承載截面: : F1 = F1 = B殘余應力存在殘余應力存在, , bp區(qū)金屬已區(qū)金屬已經(jīng)屈服。經(jīng)屈服。使有效使有效承載截面變?yōu)? F2F2 = (B bp) 顯然顯然: : F2 F1F2 F1 即，即，承載截面下降！ 焊接結構焊接結構 剛度的表征剛度的表征單位變形所需力的大小，單位變形所需力的大小， 即構件抵抗變形的能力。即構件抵抗變形的能力。PL tg=P/L = EF/ L = KF K=E/L=常數(shù)常數(shù)結論：剛度與承載截面結論：剛度與承載截面 成正比。因此：成正比。因此：剛度表達式：

39、P L關系圖關系圖 有效承載截面下降剛度下降！有效承載截面下降剛度下降！ 焊接結構焊接結構 1) 1)焊接殘余應力的表示方法：焊接殘余應力的表示方法： 三個主應力：三個主應力： x 縱向應力；縱向應力； y y 橫向應力；橫向應力； z z 厚度方向應力。厚度方向應力。 2 2）焊接殘余應力分布的表示：焊接殘余應力分布的表示： x（y） 縱向應力沿橫向的分布；縱向應力沿橫向的分布； x（x） 縱向應力沿縱向的分布；縱向應力沿縱向的分布； y（x） 橫向應力沿縱向的分布；橫向應力沿縱向的分布； y（y） 橫向應力沿橫向的分布；橫向應力沿橫向的分布； 3.4.2 焊接殘余應力的分布Z向向z縱向縱向

40、Y橫向橫向X 焊接結構焊接結構縱向殘余應力方向縱向殘余應力方向橫向殘余應力方向橫向殘余應力方向縱向殘余應力作用面縱向殘余應力作用面橫向殘余應力作用面橫向殘余應力作用面 焊接結構焊接結構（1）x（y）的分布規(guī)律）的分布規(guī)律 特征：特征：焊縫及附近焊縫及附近熱影響區(qū)受拉熱影響區(qū)受拉， 遠離焊縫的母遠離焊縫的母 材材 受壓；受壓； 滿足：滿足：拉壓共存拉壓共存、拉壓平衡拉壓平衡關系；關系； 分布圖分布圖至少有三塊面積至少有三塊面積。 舉例：舉例： 1）中心焊接試板中心焊接試板中心焊縫區(qū)受拉，兩側母材受壓；中心焊縫區(qū)受拉，兩側母材受壓； 2）板邊堆焊試板板邊堆焊試板板邊焊縫區(qū)受拉，中間母材受壓；板邊焊

41、縫區(qū)受拉，中間母材受壓； 焊接結構焊接結構 3）中部橫截面x（y）的分布圖 a）中心焊接中心焊接 b b）板邊堆焊）板邊堆焊 焊接結構焊接結構寬板寬板管子環(huán)焊縫管子環(huán)焊縫 焊接結構焊接結構4）縱向殘余應力的幅值）縱向殘余應力的幅值l 低碳鋼的參與拉應力可達屈服極限低碳鋼的參與拉應力可達屈服極限l Al、Ti的殘余拉應力一般達不到屈服極限的殘余拉應力一般達不到屈服極限l 原因是其物理、力學性能不同：導熱系數(shù)、線脹系數(shù)、彈原因是其物理、力學性能不同：導熱系數(shù)、線脹系數(shù)、彈性模量、屈服強度性模量、屈服強度 sAlsTi)8 . 06 . 0()8 . 05 . 0( 焊接結構焊接結構（2） x（x）

42、 縱向應力沿縱向的分布；縱向應力沿縱向的分布； 焊縫中心截面縱向應力的分布焊縫中心截面縱向應力的分布分布特點：兩端過渡區(qū)：由分布特點：兩端過渡區(qū)：由0 s； 穩(wěn)定區(qū)：應力為穩(wěn)定區(qū)：應力為s。s 焊接結構焊接結構（3）y（x） 橫向應力沿縱向的分布；橫向應力沿縱向的分布； 它由兩部分構成，即它由兩部分構成，即 y（x） y（x） y”（x） 其中其中: y（x）由縱向收縮引起；由縱向收縮引起； y”（x）由焊接次序不同引起。由焊接次序不同引起。 因此，最終結果由二者合成決定！因此，最終結果由二者合成決定！ y（x）的分布特點：）的分布特點： 兩端受壓，中部受拉。滿足拉壓平衡。兩端受壓，中部受拉。

43、滿足拉壓平衡。 y”（x）的分布規(guī)律，由焊接方向決定。）的分布規(guī)律，由焊接方向決定。 焊接結構焊接結構y（x）分析）分析a）實際情況）實際情況b）假想狀態(tài)）假想狀態(tài) c）應力分布）應力分布 焊接結構焊接結構 直通焊、從中心向兩端焊接直通焊、從中心向兩端焊接 焊接方向焊接方向 應力分布規(guī)律：后焊區(qū)受拉！應力分布規(guī)律：后焊區(qū)受拉！y”（x）分析）分析 焊接結構焊接結構y”（x）分析 從兩端向中心焊接從兩端向中心焊接 焊接方向焊接方向 應力分布規(guī)律：后焊區(qū)受拉！應力分布規(guī)律：后焊區(qū)受拉！ 焊接結構焊接結構 由于橫向收縮不同時性引起的橫向殘余應力后焊的部由于橫向收縮不同時性引起的橫向殘余應力后焊的部分

44、總是受拉，其他部分的應力要與之平衡分總是受拉，其他部分的應力要與之平衡 與焊接順序、焊接方向、分段方法有關與焊接順序、焊接方向、分段方法有關 分段焊還可能出現(xiàn)拉壓的多次交替分段焊還可能出現(xiàn)拉壓的多次交替 y”（x）分析）分析 焊接結構焊接結構縱向殘余應力縱向殘余應力(單位單位:MPa)橫向殘余應力橫向殘余應力(單位單位:MPa ) 有限元法有限元法 多人分段焊進行焊接可以有效地降低焊接殘余應力多人分段焊進行焊接可以有效地降低焊接殘余應力,縱向應力縱向應力和橫向應力的降幅分別在和橫向應力的降幅分別在30 %和和40 %左右左右.宗培，焊接過程對焊接殘余應力及殘余變形的影響，海軍工程大學學報，宗培

45、，焊接過程對焊接殘余應力及殘余變形的影響，海軍工程大學學報，2002,Vol.14（4）：）：86-88 焊接結構焊接結構(4) (4) y（y） 橫向應力沿橫向的分布橫向應力沿橫向的分布yy（y） 分布特點：板邊為零，中心最高，分布對稱！分布特點：板邊為零，中心最高，分布對稱！ 焊接結構焊接結構(5)(5)典型工件的殘余應力分布典型工件的殘余應力分布 1）焊接工字梁）焊接工字梁 2）箱形梁）箱形梁 蓋板應力分布蓋板應力分布腹板應力分布腹板應力分布焊接箱形梁殘余應力分布焊接箱形梁殘余應力分布 焊接結構焊接結構多多層層焊焊焊根部的縱向應力、橫向應力都比較高，都高于低碳鋼的屈服強度，焊根部的縱向應

46、力、橫向應力都比較高，都高于低碳鋼的屈服強度，主要原因為多層焊，每一次焊都產(chǎn)生角變形，塑性應變積累使材料主要原因為多層焊，每一次焊都產(chǎn)生角變形，塑性應變積累使材料發(fā)生應變硬化，應力上升。在根部位易形成裂紋。發(fā)生應變硬化，應力上升。在根部位易形成裂紋。 zxy3）厚板多層焊）厚板多層焊 焊接結構焊接結構 焊接結構焊接結構X坡口雙面交替焊接坡口雙面交替焊接zxy 焊接結構焊接結構4) 拘束狀態(tài)下焊接應力拘束狀態(tài)下焊接應力 焊接結構焊接結構5）封閉焊縫）封閉焊縫 焊接結構焊接結構（6）相變應力）相變應力 焊接結構焊接結構3.4.3 影響殘余應力分布的因素1）焊縫長度的影響）焊縫長度的影響L1L2 L

47、3 L( () ) L1 L2 L3 焊接結構焊接結構2）工件寬度的影響）工件寬度的影響（y）B2B3 B1YB2Y （y） B1L多層、多層、 計算多層焊縱向收縮時將焊縫的截面積改為一層的截面積，計算多層焊縱向收縮時將焊縫的截面積改為一層的截面積，再乘系數(shù)再乘系數(shù)k2 L奧氏體鋼奧氏體鋼L低碳鋼低碳鋼 焊接結構焊接結構一、焊接殘余變形、影響因素、計算方法縱向收縮變形 ALAkkLW21k1為不同焊接方法、不同材料的修正系數(shù)為不同焊接方法、不同材料的修正系數(shù)K2多層系數(shù)多層系數(shù) 焊接結構焊接結構焊接方法CO2焊埋弧焊焊條電弧焊材料低碳鋼低碳鋼奧氏體鋼k10.0430.0710.0760.048

48、0.0570.076K2=1.151.4 K1取值：取值： 焊接結構焊接結構例：低碳鋼工字梁，L5mm，埋弧自動焊一次一條焊縫 l 低碳鋼、埋弧焊低碳鋼、埋弧焊 k10.073l 雙面角焊縫的塑性區(qū)基本重合，取系數(shù)雙面角焊縫的塑性區(qū)基本重合，取系數(shù)1.15l 焊縫面積焊縫面積 32mm2l 構件面積構件面積 8500 mm2mmALALW16. 32)073. 015. 1 (ALAkkLW21 焊接結構焊接結構2.橫向收縮變形 transverse shrinkage wAkB手工電弧焊：手工電弧焊： X形坡口形坡口 k0.12 （1）原因：）原因：焊縫及近縫區(qū)高焊縫及近縫區(qū)高溫發(fā)生橫向壓縮

49、塑性變形溫發(fā)生橫向壓縮塑性變形 焊接結構焊接結構2.橫向收縮變形（2）影響因素：l 影響橫向收縮變形的主要是熱輸入，熱輸入越高橫向收縮越大，l 坡口越大變形也越大。l 如一般情況下間隙越大，橫向收縮變形越大，l 但是間隙在不同情況下是不同的。焊接速度高時塑性區(qū)大，間隙大，焊接速度低時塑性區(qū)小，間隙小。 焊接結構焊接結構（3）計算V形、坡口橫向收縮的經(jīng)驗計算公式 wAkB手工電弧焊：手工電弧焊： V形形 k0.2; X形形 k0.12 焊接結構焊接結構3.撓曲變形 deflection EILeFf82EILeAkkfH8221 焊接結構焊接結構 焊接結構焊接結構3.4.3 焊接殘余變形的預防及

50、控制措施焊接殘余變形的預防及控制措施3.4.3.1 設計措施設計措施1）接頭局部接頭局部：選擇選擇填充量小填充量小的的焊縫尺寸焊縫尺寸及及坡口坡口 形式形式（降低LL，BB）；）； 例如：V型坡口 X或U型坡口 。2）結構總體結構總體：減少減少焊縫數(shù)量焊縫數(shù)量（降低累積效應）；）； 例如：盡量采用沖壓焊接結構，鑄焊結構。 對于次要焊縫，可將連續(xù)焊改為斷續(xù)焊。 3）焊縫布局焊縫布局：合理分布焊縫合理分布焊縫（使其使其接近結構接近結構 中性軸中性軸或或對稱分布，對稱分布，不要過密集）。 焊接結構焊接結構3.4.3 焊接殘余變形的預防及控制措施焊接殘余變形的預防及控制措施3.4.3.2 工藝措施工藝

51、措施*（1）反變形法反變形法*（2）剛性固定法剛性固定法*（3）限制熱場法限制熱場法*（4）裝焊次序控制法裝焊次序控制法* 以下重點展開講解以下重點展開講解! 焊接結構焊接結構（1）反變形法反變形法* 工件焊接前，人為工件焊接前，人為預制預制一個與焊接殘余變形一個與焊接殘余變形趨勢相反的變趨勢相反的變形形，以，以抵消抵消將要產(chǎn)生的殘余變形的工藝措施，稱為將要產(chǎn)生的殘余變形的工藝措施，稱為反變形反變形法。法。反變形法的運用應反變形法的運用應不失時機不失時機，具體分為：，具體分為：下料下料反變形反變形在下料工序實施；在下料工序實施；裝配裝配反變形反變形在裝配工序實施；在裝配工序實施；焊接焊接反變形

52、反變形在焊接工序實施。在焊接工序實施。 焊接結構焊接結構反變形法舉例反變形法舉例 ：1)下料反變形措施下料反變形措施 對于縱向收縮和橫向收縮對于縱向收縮和橫向收縮反映在長度與寬度尺寸反映在長度與寬度尺寸上上預先預先加余量加余量； 對于撓曲變形對于撓曲變形預制拱度；預制拱度； a）按圖紙下料按圖紙下料 b）焊后殘余變形）焊后殘余變形 c）預制反變形）預制反變形下?lián)舷聯(lián)?上拱 平直 焊接結構焊接結構2)裝配反變形舉例：裝配反變形舉例： a）沒有預制反變形）沒有預制反變形 b）預制反變形）預制反變形 焊接結構焊接結構3)外力反變形實例外力反變形實例梁結構裝配梁結構裝配變截面法變截面法 應用背景應用背

53、景：大連起重機廠主梁焊接工藝大連起重機廠主梁焊接工藝 基本原理：利用裝配前后基本原理：利用裝配前后截面截面慣性矩慣性矩的變的變 化化獲得獲得剩余變形剩余變形！ 具體分析：具體分析： 焊接結構焊接結構截面慣性矩及截面慣性矩及剩余變形剩余變形分析分析： 1）由上圖可知，由上圖可知，形梁的截面慣性矩遠小于箱形梁的截面慣性矩，即，形梁的截面慣性矩遠小于箱形梁的截面慣性矩，即，J J J J口口 ； 2）在裝焊前利用夾具施加給主梁的外力矩）在裝焊前利用夾具施加給主梁的外力矩M外外與夾具釋放后的反彈力矩與夾具釋放后的反彈力矩M彈彈大小相等、方向相反，大小相等、方向相反， 即，即，M外外 M彈彈 ； 3）調

54、控狀態(tài)下的撓曲變形）調控狀態(tài)下的撓曲變形 f k M外外 / J 4) 4) 反彈時的反彈時的撓曲變形撓曲變形 f t M彈彈 / J口口 綜上可知綜上可知: : f t f k 即獲得了剩余變形即獲得了剩余變形 f f k f t 。 焊接結構焊接結構 變截面法的應用意義：變截面法的應用意義： 抓住產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的有利時機，作為主要抓住產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的有利時機，作為主要控制點，適時調節(jié)，適時調節(jié)主梁上拱度主梁上拱度。 不利方面：不利方面： 構件中存在構件中存在裝配應力裝配應力! 注意配合注意配合 焊接時，應特別注意配合控制焊接區(qū)的應力狀焊接時，應特別注意配合控制焊接區(qū)的應力狀態(tài)，態(tài)，鞏固調節(jié)

55、效果鞏固調節(jié)效果！ 焊接結構焊接結構4)焊接反變形實例焊接反變形實例加熱減應區(qū)法補焊加熱減應區(qū)法補焊 雙孔試板加熱減應區(qū)法焊接反變形示意圖雙孔試板加熱減應區(qū)法焊接反變形示意圖基本原理：熱變形協(xié)調法熱變形協(xié)調法 焊接結構焊接結構預拉伸焊接法預拉伸焊接法應用背景：客車側墻生產(chǎn)（參見結構圖）應用背景：客車側墻生產(chǎn)（參見結構圖）基本原理：基本原理：利用反變形釋放焊接應力利用反變形釋放焊接應力！ 焊接結構焊接結構 焊接反變形焊接反變形實例實例預拉伸預拉伸焊接法焊接法 應用背景：應用背景：客車側墻生產(chǎn)客車側墻生產(chǎn)（參見結構圖）（參見結構圖） 基本原理：基本原理：利用反變形釋放焊接應力利用反變形釋放焊接應力

56、！ 方法要點：方法要點： 在未焊接立柱、橫梁之前，對側墻板進行預拉伸，使母在未焊接立柱、橫梁之前，對側墻板進行預拉伸，使母材內(nèi)部達到一定程度的材內(nèi)部達到一定程度的拉伸效應拉伸效應！最好！最好達到屈服點達到屈服點！ 然后進行立柱、橫梁的裝配、焊接，直到部件完成裝焊。然后進行立柱、橫梁的裝配、焊接，直到部件完成裝焊。 最后，松開夾具，使其內(nèi)部最后，松開夾具，使其內(nèi)部應力釋放應力釋放。這樣，能夠大大。這樣，能夠大大減輕側墻的減輕側墻的波浪變形波浪變形，控制側墻部件的，控制側墻部件的平整度平整度。 焊接結構焊接結構 預拉伸預拉伸焊接法的深入分析：焊接法的深入分析： 用小試件線性加熱過程的應力與變形來分

57、析用小試件線性加熱過程的應力與變形來分析預拉伸預拉伸焊接法的焊接法的有效性有效性。 殘余應力殘余應力: 未釋放夾具：應力為未釋放夾具：應力為s； 釋放夾具后：應力為釋放夾具后：應力為 0 ！ 焊接結構焊接結構(2)剛性固定法利用夾具利用夾具限制限制焊接過程中的焊接過程中的收縮收縮 變形的工藝措施。變形的工藝措施。 基本原理：力圖使焊縫區(qū)在冷卻過程產(chǎn)生較大的拉伸塑性力圖使焊縫區(qū)在冷卻過程產(chǎn)生較大的拉伸塑性變形，以抵償加熱過程產(chǎn)生的熱壓縮塑性變形。變形，以抵償加熱過程產(chǎn)生的熱壓縮塑性變形。 基本應用：適用于控制薄板適用于控制薄板波浪變形波浪變形和和角變形角變形！ 應用舉例： 控制控制薄板薄板T形接

58、頭的形接頭的 角變形角變形! 焊接結構焊接結構 法蘭盤法蘭盤對稱焊接夾具對稱焊接夾具: 剛性固定法舉例 焊接結構焊接結構（3）限制熱場法）限制熱場法* 通過控制通過控制焊接熱輸入焊接熱輸入和改善和改善冷卻條件冷卻條件來調節(jié)來調節(jié)熱影響區(qū)熱影響區(qū)的的范圍大小，達到控制范圍大小，達到控制變形量變形量的方法。的方法?；驹恚罕M量降低塑性變形區(qū)的寬度基本原理：盡量降低塑性變形區(qū)的寬度 b p值。值。應用舉例：應用舉例：深入體會深入體會a）多層）多層/道焊與單道焊對比道焊與單道焊對比具有回火效果具有回火效果 焊接結構焊接結構b）沉水氣焊法）沉水氣焊法 焊接結構焊接結構限制熱場法與焊接方法限制熱場法與焊

59、接方法 焊接方法：焊接方法： 氣焊氣焊 手弧焊手弧焊 CO2焊焊 Ar弧焊弧焊 等離子弧焊等離子弧焊 脈沖脈沖Ar弧焊弧焊 激光焊激光焊 電子束焊電子束焊 超聲波焊超聲波焊 切割方法：切割方法： 氧乙炔火焰切割氧乙炔火焰切割 等離子弧切割等離子弧切割 激光束切割激光束切割 水下切割水下切割 水切割水切割 這些都是從限制熱影響區(qū)方面所作的不懈努力！這些都是從限制熱影響區(qū)方面所作的不懈努力！ 焊接結構焊接結構（4）裝焊次序控制法）裝焊次序控制法* 是最靈活的控制措施之一。通過改變零部件的是最靈活的控制措施之一。通過改變零部件的裝配裝配焊接次序焊接次序來調整和控制焊接變形。來調整和控制焊接變形。 基

60、本原理基本原理：通過：通過改變改變零部件的零部件的裝配焊接裝配焊接 次序次序來來調節(jié)變調節(jié)變形量形量的大小。的大小。 基本原則基本原則：控制控制（減小減?。┳冃瘟?、變形變形量、變形對稱對稱或變形或變形抵消抵消原原則。則。 基礎工作基礎工作：做好裝配、焊接次序的組合分析，找到最佳方：做好裝配、焊接次序的組合分析，找到最佳方案。案。 焊接結構焊接結構應用舉例應用舉例1）X形坡口對接接頭：123456123456a)b) 焊接結構焊接結構 形梁形梁裝配裝配焊接次序焊接次序 方案方案1邊裝邊焊邊裝邊焊： 焊接效果：焊接效果： 形梁產(chǎn)生形梁產(chǎn)生較小較小的撓曲變形！的撓曲變形！ 焊接結構焊接結構 方案方案