焊接应力与变形.ppt

第一章 焊接应力与变形,第一节 焊接应力与变形的产生第二节 焊接残余应力第三节 焊接变形,焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。,第一节 焊接应力与变形的产生,一、焊接应力与变形的基本知识二、研究焊接应力与变形的基本假定三、焊接应力与变形产生的原因,返回,焊接应力与变形的基本知识,1.变形：物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。变形可分为弹性和塑性变形。按拘束条件分为自由变形和非自由变形;而非自由变形中有外观变形和内部变形两种，如图1-1。2.应力：物体受外力作用后所导致物体内部之间的相互作用力。按引起内力原因的不同，可分为工作应力和内应力。内应力的显著特点：在物体内部，内应力是自成平衡的，形成一个平衡力系。3.焊接应力与焊接变形：焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后，存在于焊件中的内应力。焊接变形是由焊接而引起的焊件尺寸的改变。,返回,图1-1 金属杆件的变形a)自由变形 b)非自由变形,返回,LT 是自由变形：LT=L-L0（如图a),Le 是外观变形，L是内部变形：L=LT-Le（如图b),T是自由变形率：T=LT/L0=(T-T0)外观变形率e=Le/L0内部变形率=L/L0,研究焊接应力与变形的基本假定,金属在焊接过程中，其物理性能和力学性能都会发生复杂的变化，为了分析问题方便，对金属材料焊接应力与变形作以下假定：1.平截面假定：假定构件在焊前所取的截面，焊后仍保持平面。2.金属性质不变的假定：假定在焊接过程中材料的某些热物理性质不随温度而变化。3.金属屈服点假定：如图1-2。4.焊接温度场假定：假定焊接温度场不随时间而改变。,返回,图1-2 低碳钢的屈服点与温度的关系,在500以下，屈服点与常温相同，不随温度而变化；500 600之间，屈服点迅速下降；600以上时呈全塑性状态，即屈服点为零,返回,焊接应力与变形产生的原因,1.焊件的不均匀受热：2.焊缝金属的收缩：3.金属组织的变化：钢在加热与冷却过程中发生相变可得到不同的组织，这些组织的比体积不一样，由此造成焊接应力与变形。4.焊件的刚性和拘束：焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大。,返回,焊件的不均匀受热,（1）不受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形：冷却后不会有任何残余应力与变形。（2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形：1）当加热温度TTs时，可能出现以下三种情况：a)如果杆件能充分自由收缩，那么杆件中只出现残余变形面无残余应力。b)如果杆件受绝对拘束，那么杆件中没有残余变形而存在较大的残余应力。c)如果杆件收缩 不充分，那么杆件中既有残余应力又有残余变形。（3）长板条中心加热引起的应力与变形：如图1-3。（4）长板条一侧加热引起的应力与变形：如图1-4。,下一页,图1-3 钢板条中心加热和冷却时的应力与变形a)原始状态 b)、c)加热过程 d)、e)冷却过程,返回,图1-4 钢板边缘一侧加热和冷却时的应力与变形a)原始状态 b)假设各板条的伸长 c)加热后的变形d)假设各板条的收缩 e)冷却后的变形,a),b),c),d),e),返回,由上述讨论可知：1）对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形，冷却后，构件必然有残余应力和残余变形。2）通常，焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反。3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩。4）焊接过程中及焊接结束后，焊件中的应力分布是不均匀的。焊接结束后，焊缝及其附近区域的残余应力通常是拉应力。,返回,第二节 焊接残余应力,一、焊接残余应力的分类二、焊接残余应力的分布三、焊接残余应力对焊接结构的影响 四、减小焊接残余应力的措施五、消除焊接残余应力的方法六、焊接残余应力的测定,返回,焊接残余应力的分类,1.按应力在焊件内的空间位置分：（1）一维空间应力：即单向（或单轴）应力（2）二维空间应力：即双向（或双轴）应力（3）三维空间应力：即三向（或三轴）应力2.按产生应力的原因分：（1）热应力：又叫温差应力。它是在焊接过程中，焊件内部温度有差异引起的应力。（2）相变应力：焊接过程中，局部金属发生相变，其体积增大或减小而引起的应力（3）塑变应力：金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起的内应力。3.按应力存在的时间分：（1）焊接瞬时应力：焊接过程中，某一瞬时的焊接应力。（2）焊接残余应力：焊件焊完冷却后残留在焊件内的应力。,返回,焊接残余应力的分布,1.纵向残余应力x的分布:2.横向残余应力y的分布3.特殊情况下的残余应力分布,返回,纵向残余应力x的分布,作用方向平行于焊缝轴线的残余应力称为纵向残余应力。在焊接结构中