焊接应力与变形教学ppt课件

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1、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，

2、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ΔLT是自由变形：ΔLT=L-L0（如图a)ΔLe是外观变形，ΔL是内部变形：ΔL=ΔLT-ΔLe（如图b)εT是自由变形率：εT=ΔLT/L0=α(T-T0)外观变形率εe=ΔLe/L0内部变形率ε=ΔL/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

3、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

4、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。（

5、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）

6、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

7、，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σx的分布:2.横向残余应力σy的分布3.特殊情况下的残余应力分布返回纵向残余应力σx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，焊缝及其附近区域的纵