焊接应力及变形.ppt

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1、第二章 焊接应力与变形,2.1 内应力及变形的一些基本概念 一、内应力的概念二、应力分类1按内应力涉及范围分第一类内应力，又称宏观内应力第二类内应力，又称微观内应力第三类内应力，又称超微观内应力2按内应力产生原因分 温度应力、残余应力,第二章 焊接应力与变形,温度应力,2.1 内应力及变形的一些基本概念,第二章 焊接应力与变形,不均匀变形引起的残余应力,2.1 内应力及变形的一些基本概念,第二章 焊接应力与变形,2.2 均匀受热杆件的应力和变形 一、基本概念 1.自由变形率 2.外观变形率 3.内部变形率,第二章 焊接应力与变形,2.2 均匀受热杆件的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,二、杆

2、件在热循环中应力与变形的 演变过程 1.两端刚性拘束杆件 2.膨胀拘束，收缩自由杆件 3.有自由伸长间隙的杆件 4.弹性拘束状态下杆件的应力和变 形演变过程,2.2 均匀受热杆件的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,两端刚性拘束杆件,2.2 均匀受热杆件的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,两端刚性拘束杆件,2.2 均匀受热杆件的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,两端刚性拘束杆件,2.2 均匀受热杆件的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,膨胀拘束，收缩自由杆件,2.2 均匀受热杆件的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,有自由伸长间隙的杆件,2.2 均匀受热杆件的应力和变形,第二章 焊接应力与

3、变形,有自由伸长间隙的杆件,2.2 均匀受热杆件的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,弹性拘束状态下杆件的应力和变形演变过程,2.2 均匀受热杆件的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,2.3 板条不均匀加热的应力和变形一.板条中心加热二.长板条边缘加热三.焊接过程产生的应力和变形 1焊接应力及变形的复杂性 2焊接应力和变形的简化方法,第二章 焊接应力与变形,2.3 板条不均匀加热的应力和变形,一 板条中心加热,第二章 焊接应力与变形,一 板条中心加热,2.3 板条不均匀加热的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,二.长板条边缘加热,2.3 板条不均匀加热的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,二.

4、长板条边缘加热,2.3 板条不均匀加热的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,1焊接应力及变形的复杂性(1)温度场极不均匀，温度梯度大。(2)金属的力学性能和热物理参数随温度 不同而发生变化。(3)焊接过程中发生相变，引起物理和力 学参量的变化。(4)焊接热源移动，焊件各截面上温度分 布是时间的函数。,2.3 板条不均匀加热的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,2焊接应力和变形的简化方法(1)除屈服极限外，金属的物理性能和力 学性能都是常数，与温度无关。(2)小于500，s不变；500600，s直线下降到零；600以上，低碳 钢失去抗力，处于完全塑性状态。(3)不考虑相变产生的应力。(4)服从平

5、面假设原则。,2.3 板条不均匀加热的应力和变形,2.3 板条不均匀加热的应力和变形,焊接应力及变形的演变过程,焊接应力及变形的演变过程,焊接热应变循环,第二章 焊接应力与变形,2.3 板条不均匀加热的应力和变形,第二章 焊接应力与变形,2.4 焊接残余应力一、焊接残余应力分布1、纵向焊接残余应力分布及影响因素（1）焊缝长度的影响（2）材质的影响（3）钢的相变对纵向残余应力的影响,2.4 焊接残余应力,2.4 焊接残余应力,焊缝长度的影响,第二章 焊接应力与变形,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与

6、变形,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,（3）钢的相变对纵向 残余应力的影响,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,横向残余应力的产生,2.4 焊接残余应力,2横向残余应力分布及影响因素,第二章 焊接应力与变形,横向残余应力的产生 机理,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,(2)影响横向残余应力的因素 焊缝长度对横向残余应力的影响,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,(2)影响横向残余应力的因素 焊接方向和顺序的影响,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,3厚板中的残余应力,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,4封闭焊缝产生的内应力,2

7、.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,2.4 焊接残余应力,4封闭焊缝产生的 内应力,5焊接梁、拄的残余应力,第二章 焊接应力与变形,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,二、焊接残余应力对性能的影响1残余应力对静载强度的影响2残余应力对机加工精度和构件尺寸 稳定性的影响 3残余应力对受压杆件稳定性的影响4焊接残余应力对刚度的影响5残余应力对应力腐蚀开裂的影响,第二章 焊接应力与变形,1残余应力对静载强度的响,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,3残余应力对受压杆件稳定性的影响,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,4.焊接残余应力对刚度的影响,2.4 焊接残余

8、应力,第二章 焊接应力与变形,三、减小残余应力的措施1采用合理的焊接顺序2减小接头刚度3采用加热减应区法4机械拉伸法降低残余应力5焊后热处理6振动法,第二章 焊接应力与变形,1采用合理的焊接顺序,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,4机械拉伸法降低残余应力,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,2.4 焊接残余应力,第二章 焊接应力与变形,2.5 焊接残余变形残余变形可分为：纵向收缩变形；横向收缩变形；弯曲变形；角变形；回转变形；波浪变形；错边变形；螺旋型变形。,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与

9、变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,第二章 焊接应力与变形,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,纵向收缩变形；横向收缩变形,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,弯曲变形,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,弯曲变形,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,角变形,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,角变形,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力

10、与变形,角变形,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,八、控制焊接残余变形的措施 1设计措施(1)合理安排焊缝位置。(2)合理选择焊缝尺寸和坡口形式。(3)尽量减小不必要的焊缝。,第二章 焊接应力与变形,2.5 焊接残余变形,(1)合理安排焊缝位置,第二章 焊接应力与变形,2工艺措施（1）反变形法；（2）预留收缩变形余量；（3）刚性固定法；（4）合理选择焊接方法和规范；（5）选择合理的装焊顺序和焊接 方向。,第二章 焊接应力与变形,（1）反变形法（2）刚性固定法,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,（4）合理选择焊接 方法和规范,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,

11、（5）选择合理的装焊 顺序和焊接方向。,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,（5）选择合理的装焊 顺序和焊接方向。,2.5 焊接残余变形,第二章 焊接应力与变形,本章思考题焊接应力及变形的复杂性？分析横向残余应力产生机理？试述纵向焊接残余应力分布及影响因素？试分析钢的相变对焊接残余应力分布有何影响？试分析残余应力对受压杆件稳定性影响？焊接残余应力对结构静载强度有和影响？如何减少焊接残余应力？,第二章 焊接应力与变形,本章思考题简述焊后消除残余应力的方法？讨论机械拉伸法降低焊接残余应力的原理？控制焊接残余变形的措施有哪些？焊接薄板易产生波浪变形的原因？试述弯曲变形产生的原因？对比分析不同装焊顺序对工字梁弯曲变形的影响?,