焊接残余应力ppt课件.pptx

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1、焊接培训教材焊接残余应力张明录一二三目录焊接残余应力的分布残余应力对结构性能的影响消除残余应力对结构性能的影响知识要点掌握程度相关内容焊接残余应力掌握焊接残余应力的类型及其在各种截面上的应力分布状态。掌握焊接残余应力对焊接结构力学行为的影响规律纵向残余应力、横向残余应力以及厚度方向残余应力沿焊缝长度、宽度和厚度方向上的基本分布规律一.焊接残余应力的分布纵向应力σx：沿焊缝方向上的应力横向应力σy：垂直于焊缝方向上的应力σz：厚度方向上的应力1)纵向残余应力在纵向上的分布1.纵向残余应力的分布原因：板条两端的边界条件与中间

2、部分不同，拘束度和热循环特性不尽相同，使两端的纵向残余应力出现过渡区。总结：板条中部区，焊缝纵向残余应力基本保持不变。在板条的端部存在一个内应力的过渡区，纵向残余应力逐渐降至零。不同长度低碳钢板焊接纵向应力分布不同焊缝长度σx值的变化中间拉应力，两侧压应力2)纵向残余应力在纵向上的分布低碳钢铝合金焊缝纵向应力沿板材横向上的分布σx=σsσx<σs与材料的热导率、热膨胀系数、弹性模量等物理性能有关3)圆筒环形焊圆筒环焊缝纵向残余应力的分布◇低碳钢：圆筒直径与壁厚之比较大时，分布与平板相似，σx=σs◇圆筒直径与壁厚之比较小

3、时，σx<σs环焊缝纵向应力与圆筒半径及焊接塑性变形区宽度的关系◇取决于圆筒的半径R、壁厚δ、塑变区的宽度bp2.横向残余应力的分布σyσ’y由焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩引起的σy=+(叠加)σ’’y由焊缝及其附近的塑性变形区的横向收缩的不同时性所引起的两块平板对焊件，其纵向应力的分布是焊缝及其附近的塑性变形区为拉应力，两侧为压应力。若沿焊缝中心将构件一分为二，相当于板边堆焊变形、向外侧弯曲必须在1)σ’y分析：σ’y--+纵向应力σx引起的横向应力σ’y不同材料、工艺会形成不同的应力分布不同长度焊缝中的横向残余

4、应力（σ’y）的分布不同长度焊缝中的横向残余应力（σ’y）的分布焊缝焊接有先后之分，不同时完成。先焊先冷(受压应力)，后焊后冷(受拉应力)。同时，先冷却的部分有限制后冷却部分的横向收缩。σ’’y的分布与焊接方向、分段方法、焊接顺序有关。2)σ’’y分析：T1T2恢复弹性阶段全塑性阶段熔化态阶段1231234对接过程中，设将焊缝分为三个区域，电弧位于某点时，区段I的焊缝金属恢复弹性，区段II的焊缝金属处于完全塑性状态，区段III的焊缝金属处于熔化状态。开始，区段I的焊缝金属横向收缩不会受到区段II和区段III的拘束，此时属

5、于自由变形，不会产生横向残余应力，只是接头宽度有微量缩小。中间过程，区段II的焊缝金属恢复到弹性状态并开始横向收缩，将受到区段I的拘束，在II段的上端和区段I的下端产生横向拉伸应力，在区段I和II的结合处产生横向压应力，此时区段III的焊缝金属处于完全塑性状态，对区段II的横向收缩不起约束作用。当区段III恢复弹性时，其收缩受到区段I和II的拘，使σ’’y扩展。σs不同焊接顺序对横向应力的影响不同焊接顺序对横向应力σ’’y的影响从中间向两端焊从两端向中间焊3)总的σy大小受σs的限制横向应力沿板宽上的分布4)横向应力在板

6、宽方向上的分布焊缝中心应力幅值大，两侧应力幅值小，边缘处应力值为零。3.厚板中的残余应力厚板中的残余应力：σxσyσz三者均在厚度方向上有很大不同，不同的焊接工艺差别很大。厚板对接焊多层多道焊的三向残余应力(10Cr2Mo)ZYX-125MPa厚度方向应力σz－240MPa230MPa280MPa纵向应力σx＋125MPa85MPa420MPa横向应力σy＋厚板V形坡口多层焊时沿厚度上的应力分布4.拘束状态下焊接的内应力σ=σy+σf结论：σ由拘束产生的反作用力σf与自由状态下焊接产生的横向残余应力σy之和。σ=σx+σ

7、f结论：焊缝引起的纵向收缩受到限制，将产生纵向反作用内应力σf。焊缝还将引起纵向应力σx，最终的内应力是二者的综合。注意反作用应力是拉应力，且分布范围大，对结构的影响较大，在设计和施工时应注意采取措施消除或减少。5.封闭焊缝引起的内应力封闭焊缝是在较大拘束下焊接的，因此内应力比自由状态时大。容器接管焊缝σθ(σx)σr(σy)封闭环焊缝残余应力分布a-封闭环焊缝b-纵横应力分布σr(σy)σθ(σx)1）中部存在均匀的双轴应力场。2）中心的应力的大小与镶块直径d和圆盘直径D的比值有关，d/D越小，拘束度越大，镶块中的内应

8、力越大。6.相变应力（a）相变温度高于塑性温度（b）相变温度低于塑性温度钢材加热和冷却时的膨胀和收缩曲线高强钢焊接相变应力对纵向残余应力分布的影响焊缝金属为奥氏体钢焊缝成分与母材相近二.焊接残余应力对焊接结构性能的影响1.焊接残余应力对静载强度的影响内应力：焊缝及近缝区，拉应力；远离焊缝，压应力外应力：总应力：内应力