《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》-第二章-課件

焊接結(jié)構(gòu)學(xué)

第二章焊接應(yīng)力與變形

焊接結(jié)構(gòu)實(shí)例水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)學(xué)

第二章焊接應(yīng)力與變形

焊接結(jié)構(gòu)實(shí)例水輪機(jī)轉(zhuǎn)1水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的焊接加工水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的焊接加工2水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的焊接部位水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的焊接部位3焊接結(jié)構(gòu)的杰作舉例--巴頓橋(烏克蘭基輔)特點(diǎn)：跨度大，全焊結(jié)構(gòu)，無鉚釘、無螺栓焊接結(jié)構(gòu)的杰作舉例--巴頓橋(烏克蘭基輔)4§2-1內(nèi)應(yīng)力及變形的基本概念一、內(nèi)應(yīng)力及產(chǎn)生原因按分布范圍分為：第一類內(nèi)應(yīng)力（宏觀，工程中主要研究對象）第二類內(nèi)應(yīng)力（晶粒尺寸）第三類內(nèi)應(yīng)力（晶格尺寸）§2-1內(nèi)應(yīng)力及變形的基本概念5內(nèi)應(yīng)力按產(chǎn)生原因分類：

溫度應(yīng)力及殘余應(yīng)力㈠溫度應(yīng)力（熱應(yīng)力）產(chǎn)生條件：受熱不均勻溫度均勻結(jié)果：應(yīng)力殘留或消失內(nèi)應(yīng)力按產(chǎn)生原因分類：

溫度應(yīng)力及殘余應(yīng)力㈠溫度應(yīng)力（熱應(yīng)力6舉例：

框架結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力平衡特點(diǎn)

舉例：

框架結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力平衡特點(diǎn)

7㈡殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因：不均勻加熱產(chǎn)生條件：局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形或相變㈡殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因：不均勻加熱8二、自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形自由變形：⊿LT=α·L0(T1-T0)

εT=⊿LT/L0=

α·(T1-T0)

外觀變形：⊿Leεe=⊿Le/L0內(nèi)部變形：⊿L=－(⊿LT－⊿Le)ε

=⊿L/L0二、自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形自由變形：9低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

σ

=E·

ε=E(εe

－

εT)低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

σ=E·ε=E(εe－εT10三、長板條在不均勻溫度場作用下的變形和應(yīng)力研究的前提條件：平面假設(shè)原理㈠長板條中心加熱三、長板條在不均勻溫度場作用下的變形和應(yīng)力研究的前提條件：平11截取板條的單位長度研究溫度低，無塑性變形,應(yīng)力平衡：溫度高，產(chǎn)生塑性變形，殘余應(yīng)力：截取板條的單位長度研究溫度低，無塑性變形,應(yīng)力平衡：溫度高，12㈡非對稱加熱（一側(cè)加熱）b)和c)兩種情況為不平衡力矩，不能發(fā)生㈡非對稱加熱（一側(cè)加熱）b)和c)兩種情況為不平衡力矩，不能13內(nèi)應(yīng)力平衡條件為：截面有轉(zhuǎn)動(dòng)，所以εe非常數(shù)，是x的線性函數(shù)內(nèi)應(yīng)力平衡條件為：截面有轉(zhuǎn)動(dòng)，所以εe非常數(shù)，是x的線性函14板條平均伸長率為：板條曲率為：板條平均伸長率為：板條曲率為：15結(jié)論：當(dāng)ε﹥?chǔ)舠時(shí)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形（如圖2－7）；當(dāng)ε﹤εs時(shí)不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形；結(jié)論：16四、焊接引起的內(nèi)應(yīng)力及變形

㈠焊接應(yīng)力與變形的特殊性金屬高溫性能隨溫度變化對于低碳鋼四、焊接引起的內(nèi)應(yīng)力及變形

㈠焊接應(yīng)力與變形的特殊性金屬高溫17《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件18典型焊接溫度場平面假設(shè)的適用條件：①焊接速度快②材料導(dǎo)熱慢（鋼）典型焊接溫度場19㈡受拘束體在熱循環(huán)中的應(yīng)力與變形的演變過程彈性狀態(tài)，無殘余應(yīng)力㈡受拘束體在熱循環(huán)中的應(yīng)力與變形的演變過程彈性狀態(tài)，20有塑性變形及殘余應(yīng)力有塑性變形21殘余應(yīng)力等于材料屈服極限殘余應(yīng)力等于材料屈服極限22㈢焊接應(yīng)力應(yīng)變的演變過程㈢焊接應(yīng)力應(yīng)變的演變過程23㈣焊接熱應(yīng)變循環(huán)近縫區(qū)的兩種情況a)無相變；b)有相變㈣焊接熱應(yīng)變循環(huán)近縫區(qū)的兩種情況a)無相變；b)有相變24（焊縫）金屬在高溫時(shí)的延性和斷裂①脆性溫度區(qū)②熱裂紋產(chǎn)生條件③熱應(yīng)變脆化（焊縫）金屬在高溫時(shí)的延性和斷裂①脆性溫度區(qū)25㈤焊接瞬態(tài)應(yīng)力變形研究的新發(fā)展有限元法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用取代簡單計(jì)算㈤焊接瞬態(tài)應(yīng)力變形研究的新發(fā)展26《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件27《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件28§2－2焊接殘余變形焊接殘余變形的分類：分七類㈠縱向收縮變形㈡橫向收縮變形§2－2焊接殘余變形㈠縱向收縮變形㈡橫向收29㈢撓曲變形㈢撓曲變形30㈣角變形㈤波浪變形：薄板易發(fā)生㈣角變形㈤波浪變形：薄板易發(fā)生31㈥錯(cuò)邊變形：長度方向和厚度方向㈦螺旋形變形㈥錯(cuò)邊變形：長度方向和厚度方向㈦螺旋形變形32焊接變形影響結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確、美觀可能降低結(jié)構(gòu)承載能力（附加彎曲應(yīng)力）焊接變形影響結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確、美觀33焊接變形可能降低結(jié)構(gòu)承載能力舉例二焊接變形可能降低結(jié)構(gòu)承載能力舉例二34二、縱向收縮變形以及它引起的撓曲變形二、縱向收縮變形以及它引起的撓曲變形35假想力作用在塑性變形區(qū)上假想力作用在塑性變形區(qū)上36線能量對焊接縱向變形的影響:多層焊與單層焊線能量對焊接縱向變形的影響:多層焊與單層焊37細(xì)長構(gòu)件縱向收縮量的經(jīng)驗(yàn)公式估算:單層焊的縱向收縮量多層焊的縱向收縮量兩面角焊縫丁字接頭再乘以系數(shù)1.15~1.40細(xì)長構(gòu)件縱向收縮量的經(jīng)驗(yàn)公式估算:單層焊的縱向收縮量多層焊的38鋼制構(gòu)件的撓度估算單道焊縫引起的撓度:多層焊和雙面角焊縫引起的撓度:鋼制構(gòu)件的撓度估算單道焊縫引起的撓度:多層焊和雙面角焊縫引起39《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件40三、橫向收縮變形及其產(chǎn)生的撓曲變形㈠堆焊及角焊縫三、橫向收縮變形及其產(chǎn)生的撓曲變形㈠堆焊及角焊縫41《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件42橫向收縮變形與線能量和板厚的關(guān)系圖2－36橫向收縮變形與線能量和板厚的關(guān)系圖2－3643橫向收縮在焊縫長度方向上的分布圖2－37橫向收縮在焊縫長度方向上的分布圖2－3744㈡對接接頭留有間隙的平板對接焊的橫向變形不留間隙的平板對接焊的橫向變形㈡對接接頭留有間隙的平板對接焊的橫向變形不留間隙的平板對接焊45沿焊縫縱向熱變形對橫向變形的影響沿焊縫縱向熱變形對橫向變形的影響46四、角變形產(chǎn)生原因：橫向收縮在厚度方向上的不均勻分布㈠堆焊四、角變形產(chǎn)生原因：橫向收縮在厚度方向上的不均勻分布㈠堆焊47《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件48《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件49㈡對接接頭㈡對接接頭50《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件51對接焊層數(shù)與角變形的關(guān)系對接焊層數(shù)與角變形的關(guān)系52對接多層焊防止角變形方法對接多層焊防止角變形方法53丁字接頭的角變形丁字接頭的角變形54《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件55五、波浪變形產(chǎn)生原因：受壓部位失穩(wěn)五、波浪變形產(chǎn)生原因：受壓部位失穩(wěn)56螺旋形變形螺旋形變形57八、預(yù)防焊接變形的措施㈠設(shè)計(jì)措施1.合理選擇焊縫尺寸和形式開坡口的好處:減小變形節(jié)省人力物力八、預(yù)防焊接變形的措施㈠設(shè)計(jì)措施開坡口的好處:58減小焊接變形措施:坡口選取減小焊接變形措施:坡口選取59設(shè)計(jì)措施之二2.減少不必要的焊縫設(shè)計(jì)措施之二60設(shè)計(jì)措施之三3.合理安排焊縫位置焊縫盡量對稱于中性軸或靠近中性軸設(shè)計(jì)措施之三61㈡工藝措施1.反變形法㈡工藝措施1.反變形法62《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件632.剛性固定法2.剛性固定法64《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件653.合理選擇焊接方法和焊接規(guī)范3.合理選擇焊接方法和焊接規(guī)范66《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件67《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件684.選擇合理的裝配焊接次序方案一方案二方案三4.選擇合理的裝配焊接次序方案一方案二方案三69九、矯正焊接變形的方法㈠機(jī)械矯正法九、矯正焊接變形的方法㈠機(jī)械矯正法70㈡火焰加熱矯正法㈡火焰加熱矯正法71《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件72焊接角變形的利用－火焰成型(水火彎板)焊接角變形的利用－火焰成型(水火彎板)73§2-3焊接殘余應(yīng)力一、焊接殘余應(yīng)力的分布㈠縱向殘余應(yīng)力§2-3焊接殘余應(yīng)力一、焊接殘余應(yīng)力的分布74《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件75《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件76㈡橫向應(yīng)力㈡橫向應(yīng)力77《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件78《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件79㈢厚板中的殘余應(yīng)力㈢厚板中的殘余應(yīng)力80電渣焊電渣焊81低碳鋼多層焊低碳鋼多層焊82㈣拘束狀態(tài)下的焊接內(nèi)應(yīng)力㈣拘束狀態(tài)下的焊接內(nèi)應(yīng)力83㈤封閉焊縫引起的內(nèi)應(yīng)力㈤封閉焊縫引起的內(nèi)應(yīng)力84《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件85㈥相變應(yīng)力㈥相變應(yīng)力86《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件87《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件88《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件89二、焊接殘余應(yīng)力的影響㈠內(nèi)應(yīng)力對靜載強(qiáng)度的影響塑性材料在平面應(yīng)力狀態(tài)：無影響二、焊接殘余應(yīng)力的影響㈠內(nèi)應(yīng)力對靜載強(qiáng)度的影響塑性材料90脆性材料或脆性狀態(tài)承載能力下降脆性材料或脆性狀態(tài)承載能力下降91塑性脆性力學(xué)狀態(tài)的判斷塑性脆性力學(xué)狀態(tài)的判斷92㈢內(nèi)應(yīng)力對機(jī)械加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響㈢內(nèi)應(yīng)力對機(jī)械加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響93㈣內(nèi)應(yīng)力對受壓桿件穩(wěn)定性的影響㈣內(nèi)應(yīng)力對受壓桿件穩(wěn)定性的影響94《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件95㈤內(nèi)應(yīng)力對剛度的影響㈤內(nèi)應(yīng)力對剛度的影響96三、焊接過程中調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的措施㈠采用合理的焊接順序和方向三、焊接過程中調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的措施㈠采用合理的焊接順序和方向97先焊受力大的焊縫，使之最終受壓應(yīng)力作用先焊受力大的焊縫，使之最終受壓應(yīng)力作用98拼板時(shí)先焊短縫，再焊直通長縫拼板時(shí)先焊短縫，再焊直通長縫99《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件100㈡適當(dāng)采用反變形法㈡適當(dāng)采用反變形法101㈢隨焊錘擊或碾壓焊縫㈣在結(jié)構(gòu)適當(dāng)部位加熱使之伸長㈢隨焊錘擊或碾壓焊縫102《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件103四、焊后消除焊接內(nèi)應(yīng)力的方法㈠整體高溫回火㈡局部高溫回火四、焊后消除焊接內(nèi)應(yīng)力的方法㈠整體高溫回火104㈢機(jī)械拉伸法（過載法）㈢機(jī)械拉伸法（過載法）105㈣溫差拉伸法㈤振動(dòng)法㈣溫差拉伸法106五、焊接殘余應(yīng)力的測定五、焊接殘余應(yīng)力的測定107焊接殘余應(yīng)力的測定㈠應(yīng)力釋放法1.切條法焊接殘余應(yīng)力的測定㈠應(yīng)力釋放法108切條（切塊）法舉例切條（切塊）法舉例109切條（塊）法的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)

a.適合平面應(yīng)力測量（薄件），對厚件不合適；b.適合大尺寸構(gòu)件應(yīng)力測量；c.適合宏觀應(yīng)力即第一類殘余應(yīng)力測量；d.切條（塊）越小則測試精度越高；e.測試精度較高，數(shù)據(jù)比較可靠；f.測試過程簡單易行，不需要昂貴儀器設(shè)備；g.誤差來源：標(biāo)距孔加工精度、應(yīng)變片精度及粘貼質(zhì)量、儀器誤差，機(jī)械切割震動(dòng)；h.，破壞性大，屬于完全破壞性測試方法；測試周期長j.測試部位面積過大。切條（塊）法的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)a.適合平面應(yīng)力測量（薄件）1102.套孔法3.小孔法4.逐層銑削法5.壓痕法2.套孔法111小孔（盲孔）法的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)

a.適合表面二維應(yīng)力測量（＞4mm厚件），對＜4mm薄件不合適；b.適合最小長或?qū)挸叽纾?0mm構(gòu)件的應(yīng)力測量；c.適合宏觀應(yīng)力即第一類殘余應(yīng)力測量；d.打孔直徑應(yīng)＞1mm

；e.測試精度高，數(shù)據(jù)可靠，目前應(yīng)用最廣泛；f.測試過程簡單易行，不需要昂貴儀器設(shè)備；g.誤差來源：標(biāo)距孔加工精度和位置精度，應(yīng)變片制作精度、粘貼質(zhì)量、粘貼位置和角度誤差，儀器誤差；h.破壞性小，屬于部分破壞性測試方法；測試周期長；j.測試面積大；k.對高強(qiáng)度、高硬度材料打孔困難。小孔（盲孔）法的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)a.適合表面二維應(yīng)力測量（1126.激光全息散斑干涉法6.激光全息散斑干涉法113激光全息散斑干涉法：一次全息圖激光全息散斑干涉法：一次全息圖114激光全息散斑干涉法：

反映應(yīng)變場的干涉云紋圖激光全息散斑干涉法：

反映應(yīng)變場的干涉云紋圖115激光全息散斑干涉法：

測試結(jié)果激光全息散斑干涉法：

測試結(jié)果116激光全息測量法的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)

a.適合表面二維應(yīng)力測量（＞3mm厚件），對＜3mm薄件不合適；b.適合最小長或?qū)挸叽纾?0mm構(gòu)件的應(yīng)力測量；c.適合宏觀應(yīng)力即第一類殘余應(yīng)力測量；d.打孔直徑小，?1~2mm，測試面積??；e.測試精度很高（誤差約5%），數(shù)據(jù)十分可靠，目前最精確可靠的方法；f.測試過程簡單易行，分析過程計(jì)算機(jī)完成，快捷方便；g.消除盲孔（小孔）法的諸多誤差來源：無需打標(biāo)距孔，無需粘貼應(yīng)變片，無需人工測量；h.屬于部分破壞性測試方法；對高強(qiáng)度、高硬度材料打孔困難；j.需要昂貴儀器設(shè)備。激光全息測量法的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)a.適合表面二維應(yīng)力測量（117㈡無損測試方法1）x射線衍射法㈡無損測試方法118X射線衍射法測量應(yīng)力特點(diǎn)a.完全無損測量b.可以測量宏觀應(yīng)力和微觀應(yīng)力c.測量過程最方便快捷d.適合幾微米至幾十微米的表層二維應(yīng)力測量e.測試原理先進(jìn)f.對于碳鋼等成分簡單材料測量精度較高g.測量結(jié)果重復(fù)性較差h.對于很多有色金屬或多組元金屬測試精度很低對于待測工件的表面狀況要求高j.測試儀器設(shè)備昂貴k.對人體有少量輻射，需采取屏蔽措施X射線衍射法測量應(yīng)力特點(diǎn)a.完全無損測量1192）中子衍射法處于研究階段，適合無損測量構(gòu)件深層殘余應(yīng)力2）中子衍射法1203）電磁測量法尚處于研究階段優(yōu)點(diǎn)是測試方便缺點(diǎn)是測試區(qū)大、精度有待提高、組織性能變化難排除只能測試鐵磁性材料3）電磁測量法1214）超聲波測量法測量原理：

應(yīng)力水平不同導(dǎo)致超聲波傳播速度的差異適用范圍：測量大尺寸構(gòu)件內(nèi)部的三維平均應(yīng)力

目前尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，精度低4）超聲波測量法122焊接結(jié)構(gòu)學(xué)

第二章焊接應(yīng)力與變形

焊接結(jié)構(gòu)實(shí)例水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)學(xué)

第二章焊接應(yīng)力與變形

焊接結(jié)構(gòu)實(shí)例水輪機(jī)轉(zhuǎn)123水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的焊接加工水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的焊接加工124水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的焊接部位水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片的焊接部位125焊接結(jié)構(gòu)的杰作舉例--巴頓橋(烏克蘭基輔)特點(diǎn)：跨度大，全焊結(jié)構(gòu)，無鉚釘、無螺栓焊接結(jié)構(gòu)的杰作舉例--巴頓橋(烏克蘭基輔)126§2-1內(nèi)應(yīng)力及變形的基本概念一、內(nèi)應(yīng)力及產(chǎn)生原因按分布范圍分為：第一類內(nèi)應(yīng)力（宏觀，工程中主要研究對象）第二類內(nèi)應(yīng)力（晶粒尺寸）第三類內(nèi)應(yīng)力（晶格尺寸）§2-1內(nèi)應(yīng)力及變形的基本概念127內(nèi)應(yīng)力按產(chǎn)生原因分類：

溫度應(yīng)力及殘余應(yīng)力㈠溫度應(yīng)力（熱應(yīng)力）產(chǎn)生條件：受熱不均勻溫度均勻結(jié)果：應(yīng)力殘留或消失內(nèi)應(yīng)力按產(chǎn)生原因分類：

溫度應(yīng)力及殘余應(yīng)力㈠溫度應(yīng)力（熱應(yīng)力128舉例：

框架結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力平衡特點(diǎn)

舉例：

框架結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力平衡特點(diǎn)

129㈡殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因：不均勻加熱產(chǎn)生條件：局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形或相變㈡殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因：不均勻加熱130二、自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形自由變形：⊿LT=α·L0(T1-T0)

εT=⊿LT/L0=

α·(T1-T0)

外觀變形：⊿Leεe=⊿Le/L0內(nèi)部變形：⊿L=－(⊿LT－⊿Le)ε

=⊿L/L0二、自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形自由變形：131低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

σ

=E·

ε=E(εe

－

εT)低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

σ=E·ε=E(εe－εT132三、長板條在不均勻溫度場作用下的變形和應(yīng)力研究的前提條件：平面假設(shè)原理㈠長板條中心加熱三、長板條在不均勻溫度場作用下的變形和應(yīng)力研究的前提條件：平133截取板條的單位長度研究溫度低，無塑性變形,應(yīng)力平衡：溫度高，產(chǎn)生塑性變形，殘余應(yīng)力：截取板條的單位長度研究溫度低，無塑性變形,應(yīng)力平衡：溫度高，134㈡非對稱加熱（一側(cè)加熱）b)和c)兩種情況為不平衡力矩，不能發(fā)生㈡非對稱加熱（一側(cè)加熱）b)和c)兩種情況為不平衡力矩，不能135內(nèi)應(yīng)力平衡條件為：截面有轉(zhuǎn)動(dòng)，所以εe非常數(shù)，是x的線性函數(shù)內(nèi)應(yīng)力平衡條件為：截面有轉(zhuǎn)動(dòng)，所以εe非常數(shù)，是x的線性函136板條平均伸長率為：板條曲率為：板條平均伸長率為：板條曲率為：137結(jié)論：當(dāng)ε﹥?chǔ)舠時(shí)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形（如圖2－7）；當(dāng)ε﹤εs時(shí)不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余變形；結(jié)論：138四、焊接引起的內(nèi)應(yīng)力及變形

㈠焊接應(yīng)力與變形的特殊性金屬高溫性能隨溫度變化對于低碳鋼四、焊接引起的內(nèi)應(yīng)力及變形

㈠焊接應(yīng)力與變形的特殊性金屬高溫139《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件140典型焊接溫度場平面假設(shè)的適用條件：①焊接速度快②材料導(dǎo)熱慢（鋼）典型焊接溫度場141㈡受拘束體在熱循環(huán)中的應(yīng)力與變形的演變過程彈性狀態(tài)，無殘余應(yīng)力㈡受拘束體在熱循環(huán)中的應(yīng)力與變形的演變過程彈性狀態(tài)，142有塑性變形及殘余應(yīng)力有塑性變形143殘余應(yīng)力等于材料屈服極限殘余應(yīng)力等于材料屈服極限144㈢焊接應(yīng)力應(yīng)變的演變過程㈢焊接應(yīng)力應(yīng)變的演變過程145㈣焊接熱應(yīng)變循環(huán)近縫區(qū)的兩種情況a)無相變；b)有相變㈣焊接熱應(yīng)變循環(huán)近縫區(qū)的兩種情況a)無相變；b)有相變146（焊縫）金屬在高溫時(shí)的延性和斷裂①脆性溫度區(qū)②熱裂紋產(chǎn)生條件③熱應(yīng)變脆化（焊縫）金屬在高溫時(shí)的延性和斷裂①脆性溫度區(qū)147㈤焊接瞬態(tài)應(yīng)力變形研究的新發(fā)展有限元法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用取代簡單計(jì)算㈤焊接瞬態(tài)應(yīng)力變形研究的新發(fā)展148《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件149《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件150§2－2焊接殘余變形焊接殘余變形的分類：分七類㈠縱向收縮變形㈡橫向收縮變形§2－2焊接殘余變形㈠縱向收縮變形㈡橫向收151㈢撓曲變形㈢撓曲變形152㈣角變形㈤波浪變形：薄板易發(fā)生㈣角變形㈤波浪變形：薄板易發(fā)生153㈥錯(cuò)邊變形：長度方向和厚度方向㈦螺旋形變形㈥錯(cuò)邊變形：長度方向和厚度方向㈦螺旋形變形154焊接變形影響結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確、美觀可能降低結(jié)構(gòu)承載能力（附加彎曲應(yīng)力）焊接變形影響結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確、美觀155焊接變形可能降低結(jié)構(gòu)承載能力舉例二焊接變形可能降低結(jié)構(gòu)承載能力舉例二156二、縱向收縮變形以及它引起的撓曲變形二、縱向收縮變形以及它引起的撓曲變形157假想力作用在塑性變形區(qū)上假想力作用在塑性變形區(qū)上158線能量對焊接縱向變形的影響:多層焊與單層焊線能量對焊接縱向變形的影響:多層焊與單層焊159細(xì)長構(gòu)件縱向收縮量的經(jīng)驗(yàn)公式估算:單層焊的縱向收縮量多層焊的縱向收縮量兩面角焊縫丁字接頭再乘以系數(shù)1.15~1.40細(xì)長構(gòu)件縱向收縮量的經(jīng)驗(yàn)公式估算:單層焊的縱向收縮量多層焊的160鋼制構(gòu)件的撓度估算單道焊縫引起的撓度:多層焊和雙面角焊縫引起的撓度:鋼制構(gòu)件的撓度估算單道焊縫引起的撓度:多層焊和雙面角焊縫引起161《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件162三、橫向收縮變形及其產(chǎn)生的撓曲變形㈠堆焊及角焊縫三、橫向收縮變形及其產(chǎn)生的撓曲變形㈠堆焊及角焊縫163《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件164橫向收縮變形與線能量和板厚的關(guān)系圖2－36橫向收縮變形與線能量和板厚的關(guān)系圖2－36165橫向收縮在焊縫長度方向上的分布圖2－37橫向收縮在焊縫長度方向上的分布圖2－37166㈡對接接頭留有間隙的平板對接焊的橫向變形不留間隙的平板對接焊的橫向變形㈡對接接頭留有間隙的平板對接焊的橫向變形不留間隙的平板對接焊167沿焊縫縱向熱變形對橫向變形的影響沿焊縫縱向熱變形對橫向變形的影響168四、角變形產(chǎn)生原因：橫向收縮在厚度方向上的不均勻分布㈠堆焊四、角變形產(chǎn)生原因：橫向收縮在厚度方向上的不均勻分布㈠堆焊169《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件170《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件171㈡對接接頭㈡對接接頭172《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件173對接焊層數(shù)與角變形的關(guān)系對接焊層數(shù)與角變形的關(guān)系174對接多層焊防止角變形方法對接多層焊防止角變形方法175丁字接頭的角變形丁字接頭的角變形176《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件177五、波浪變形產(chǎn)生原因：受壓部位失穩(wěn)五、波浪變形產(chǎn)生原因：受壓部位失穩(wěn)178螺旋形變形螺旋形變形179八、預(yù)防焊接變形的措施㈠設(shè)計(jì)措施1.合理選擇焊縫尺寸和形式開坡口的好處:減小變形節(jié)省人力物力八、預(yù)防焊接變形的措施㈠設(shè)計(jì)措施開坡口的好處:180減小焊接變形措施:坡口選取減小焊接變形措施:坡口選取181設(shè)計(jì)措施之二2.減少不必要的焊縫設(shè)計(jì)措施之二182設(shè)計(jì)措施之三3.合理安排焊縫位置焊縫盡量對稱于中性軸或靠近中性軸設(shè)計(jì)措施之三183㈡工藝措施1.反變形法㈡工藝措施1.反變形法184《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件1852.剛性固定法2.剛性固定法186《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件1873.合理選擇焊接方法和焊接規(guī)范3.合理選擇焊接方法和焊接規(guī)范188《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件189《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件1904.選擇合理的裝配焊接次序方案一方案二方案三4.選擇合理的裝配焊接次序方案一方案二方案三191九、矯正焊接變形的方法㈠機(jī)械矯正法九、矯正焊接變形的方法㈠機(jī)械矯正法192㈡火焰加熱矯正法㈡火焰加熱矯正法193《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件194焊接角變形的利用－火焰成型(水火彎板)焊接角變形的利用－火焰成型(水火彎板)195§2-3焊接殘余應(yīng)力一、焊接殘余應(yīng)力的分布㈠縱向殘余應(yīng)力§2-3焊接殘余應(yīng)力一、焊接殘余應(yīng)力的分布196《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件197《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件198㈡橫向應(yīng)力㈡橫向應(yīng)力199《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件200《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件201㈢厚板中的殘余應(yīng)力㈢厚板中的殘余應(yīng)力202電渣焊電渣焊203低碳鋼多層焊低碳鋼多層焊204㈣拘束狀態(tài)下的焊接內(nèi)應(yīng)力㈣拘束狀態(tài)下的焊接內(nèi)應(yīng)力205㈤封閉焊縫引起的內(nèi)應(yīng)力㈤封閉焊縫引起的內(nèi)應(yīng)力206《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件207㈥相變應(yīng)力㈥相變應(yīng)力208《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件209《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件210《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件211二、焊接殘余應(yīng)力的影響㈠內(nèi)應(yīng)力對靜載強(qiáng)度的影響塑性材料在平面應(yīng)力狀態(tài)：無影響二、焊接殘余應(yīng)力的影響㈠內(nèi)應(yīng)力對靜載強(qiáng)度的影響塑性材料212脆性材料或脆性狀態(tài)承載能力下降脆性材料或脆性狀態(tài)承載能力下降213塑性脆性力學(xué)狀態(tài)的判斷塑性脆性力學(xué)狀態(tài)的判斷214㈢內(nèi)應(yīng)力對機(jī)械加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響㈢內(nèi)應(yīng)力對機(jī)械加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響215㈣內(nèi)應(yīng)力對受壓桿件穩(wěn)定性的影響㈣內(nèi)應(yīng)力對受壓桿件穩(wěn)定性的影響216《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件217㈤內(nèi)應(yīng)力對剛度的影響㈤內(nèi)應(yīng)力對剛度的影響218三、焊接過程中調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的措施㈠采用合理的焊接順序和方向三、焊接過程中調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的措施㈠采用合理的焊接順序和方向219先焊受力大的焊縫，使之最終受壓應(yīng)力作用先焊受力大的焊縫，使之最終受壓應(yīng)力作用220拼板時(shí)先焊短縫，再焊直通長縫拼板時(shí)先焊短縫，再焊直通長縫221《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件222㈡適當(dāng)采用反變形法㈡適當(dāng)采用反變形法223㈢隨焊錘擊或碾壓焊縫㈣在結(jié)構(gòu)適當(dāng)部位加熱使之伸長㈢隨焊錘擊或碾壓焊縫224《焊接結(jié)構(gòu)學(xué)》--第二章-課件225四、焊后消除焊接內(nèi)應(yīng)力的方法㈠整體高溫回火㈡局部高溫回火四、焊后消除焊接內(nèi)應(yīng)力的方法㈠整體高溫回火226㈢機(jī)械拉伸法（過載法）㈢機(jī)械拉伸法（過載法）227㈣溫差拉伸法㈤振動(dòng)法㈣溫差拉伸法228五、焊接殘余應(yīng)力的測定五、焊接殘余應(yīng)力的測定229焊接殘余應(yīng)力的測定㈠應(yīng)力釋放法1.切條法焊接殘余應(yīng)力的測定㈠應(yīng)力釋放法230切條（切塊）法舉例切條（切塊）法舉例231切條（塊）法的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)

a.適合平面應(yīng)力測量（薄件），對厚件不合適；b.適合大尺寸構(gòu)件應(yīng)力測量；c.適合宏觀應(yīng)力即第一類殘余應(yīng)力測量；d.切條（塊）越小則測試精度越高；e.測試精度較高，數(shù)據(jù)比較可靠；f.測試過程簡單易行，不需要昂貴儀器設(shè)備；g.誤差來源：標(biāo)距孔加工精度、應(yīng)變片精度及粘貼質(zhì)量、儀器誤差，機(jī)械切割震動(dòng)；h.，破壞性大，屬于完全破壞性測試方法；測試周期長j.測試部位面積過大。切條（塊）法的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)a.適合平面應(yīng)力測量（薄件）2322.套孔法3.小孔法4.逐層銑削法5.壓痕法2.套孔法233小孔（盲孔）法的應(yīng)用場合及優(yōu)缺點(diǎn)

a.適合表面二維應(yīng)力測量（＞4mm厚件），對＜4mm薄件不合適；b.適合最小長或?qū)挸叽纾?0mm構(gòu)件的應(yīng)力測量；c.適合宏觀應(yīng)力即第