焊接结构教案

《焊接结构教案》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第三编焊接结构第十三章焊接应力与变形本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接应力的分布规律；焊接过程中如何降低焊接应力和焊后如何消除焊接残余应力；焊接变形的种类，焊接过程中如何控制焊接变形和焊后的矫正措施。第一节焊接应力和变形的形成过程一、应力与变形的基本知识1．应力物体在单位截面上表现的内力称为应力。根据引起内力的原因不同，应力可分为：工作应力：物体由于外力作用在其单位截面上出现的内力。内应力：物体在无外力作用下而存在于内部的应力。内应力按其产生的原因不同分为热应力、装配应力、相变应力和残余应力。2．变形物体在外力或温度等因素的作用下，其

2、内部原子的相对位置发生改变，其宏观表现为形状和尺寸的变化，这种变化称为物体的变形。按变形性质可分为：弹性变形和塑性变形；按变形的拘束条件可分为：自由变形和非自由变形。二、研究焊接应力与变形的基本假定（1）平截面假定（2）金属性能不变的假定（3）金属屈服点的假定三、焊接应力与变形的产生原因影响焊接应力与变形的因素很多，如焊件受热不均匀、焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性与拘束的影响等，其最根本的原因是焊件受热不均匀。为便于了解焊接应力与变形产生的基本原因，首先对均匀加热时产生的应力与变形进行讨论。1．均匀加热时引起应力与变形的原因（1）不受约束的杆件

3、，均匀加热属于自由变形，无残余应力，无残余变形。（2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形如果加热温度较低，材料的变形在弹性范围内，根据虎克定律，应力与应变符合线性关系，当温度恢复到原始温度时，杆件自由收缩到原来的长度，压应力全部消失，即不存在残余应力与残余变形。如果加热温度比较高，达到或超过材料屈服点温度时，杆件的压缩变形量增大，产生塑性变形，此时的内部变形率由弹性变形率和塑性变形率两部分组成。当温度恢复到原始温度时，弹性变形部分恢复，塑性变形部分不能恢复。①若杆件能自由收缩，则由于压缩塑性变形的出现，杆件将比原来长度缩短，出现缩短的残余变形，但无残余

4、应力存在。②如果杆件不能自由收缩，则不存在外观的残余变形，但杆件中会产生残余拉应力。2．不均匀加热时引起的应力与变形（1）长板条中心加热引起的应力与变形（2）长板条一侧加热引起的应力与变形综上所述：①金属不均匀受热时，只要加热温度高于屈服点温度，加热时产生压缩塑性变形，焊后就会产生残余应力与残余变形；②焊接过程中的变形与焊接残余变形方向相反；③焊接加热时，焊缝附近产生压缩塑性变形，冷却后收缩，如果收缩充分，则变形大，应力小；否则变形小，应力大。④焊接瞬时及残余应力分布不均匀，焊缝及其附近区域通常为残余拉应力。 第二节焊接残余应力一、焊接残余应力的分类1．

5、根据应力性质划分：拉应力、压应力2．根据引起应力的原因划分：热应力、组织应力、拘束应力3．根据应力作用方向划分：纵向应力、横向应力、厚度方向应力4．根据应力在焊接结构中的存在情况划分：单向应力、两向应力、三向应力5．根据内应力的发生和分布范围划分：第一类应力、第二类应力、第三类应力二、焊接残余应力的分布规律1．纵向应力бx的分布бx在焊件横截面上的分布规律为：焊缝及其附近区域为残余拉应力，一般可达材料的屈服强度，随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降并转为压应力。бx在焊件纵截面上的分布规律为：在焊件纵截面端头，бx=0，越靠近纵截面的中间，бx越大，逐渐

6、趋近于бs。如图2-9所示。图2-11为板边堆焊时，бx在焊缝横截面上的分布。T形接头的бx分布与立板和水平板尺寸有很大关系，δ/h越小，接近于板边堆焊的情况；δ/h越大，接近于等宽板对接的情况。2．横向应力бy的分布бy=бy′+бy″бy′：焊缝及其塑性变形区的纵向收缩引起的横向应力；бy″：焊缝及其塑性变形区的横向收缩不均匀、不同时引起的横向应力。3．特殊情况下的焊接残余应力①厚板中的焊接残余应力②拘束状态下焊接残余应力③封闭焊缝中的残余应力④焊接梁柱中的残余应力⑤焊接管道中的残余应力三、焊接残余应力对焊接结构的影响1．对结构强度的影响只要材料具有

7、足够的塑性，焊接残余应力的存在并不影响结构的静载强度。对脆性材料制造的焊接结构，由于材料不能进行塑性变形，随着外力的增加，构件不可能产生应力均匀化，所以在加载过程中应力峰值不断增加。当应力峰值达到材料的强度极限时，局部发生破坏，而最后导致构件整体破坏。所以焊接残余应力对脆性材料的静载强度有较大的影响。2．对构件加工尺寸精度的影响3．对梁柱结构稳定性的影响四、减小焊接残余应力的措施一般来说，可以从设计和工艺两方面着手：1．设计措施①尽可能减少焊缝数量；②合理布置焊缝；③采用刚性较小的接头形式。2．工艺措施（1）采用合理的装配和焊接顺序及方向①钢板拼接焊缝的

8、焊接；②同时存在收缩量大和收缩量小的焊缝时，应先焊收缩量大的焊缝；③对工作时受力