焊接结构精要.ppt

影响焊接性的因素 根据上述分类，可将影响焊接的因素按下面的方式分类： 从狭义上来说，焊接性可理解为所需求的强度性能、焊接接头的强度受到化学分成或温度循环等主要影响因素的支配，而这些因素又受到如焊缝类型，或预热温度等的影响，强度行为可用一些主要的或物理特征值来描述，而这些特征值又可能涉及另一些次要的或工艺的特征值，下图为一张仅限于影响强度性能的不完全的可变因素图，由此，可看出“焊接性”的复杂性。 2.1 内应力及变形的基本概念 内应力的分类（按分布范） 1、第一类内应力（宏观内应）：在较大范围内平衡，大小可与物体尺寸来比量。 2、第二类内应力（细观内应）：平衡范围大小可与晶粒尺寸来比量。（大约0.01~1mm)。 3、第三类内应力（微观内应）：平衡范围大小可与晶格尺寸来比量。（大约10-6~10-2mm)。 二、自由变形、外观变形和内部变形 1、自由变形（ΔLT）： 物体在温度变化或者发生相变时,他的尺寸和形状可能发生变化,如果这种变化没有受到外界的任何阻碍而自由的进行,这种变形称为自由变形。 单位长度上的变形量： 2、外观变形（ΔLe）： 当物体在温度变化过程中受到阻碍，使他不能完全自由的变形，只能部分的表现出来，我们把表现出来的这部分变形称为外观变形。 εe= ΔLe/ L0 3、内部变形（ΔL）： 不能表现出来的这部分变形称为内部变形。 ΔL = – (ΔLT –ΔLe )= ΔLe –ΔLT ε= ΔL/ L0 = εe- εT 以金属杆为例，讨论其在均匀加热、冷却过程中的受力和变形情况： 如果加热过程中受到阻碍，则产生内部变形。 1)、 ε1 εs,则σ σs。当温度恢复到原来温度时，杆件自由收缩，恢复到原来长度，不产生内应力。 2)、 ε2 εs,则σ σs。杆件中产生塑性变形，数值大小为εP= (εe- εT) – εs。当温度恢复到原来温度时，如果杆件自由收缩，则比原来长度缩短ΔLP ，不产生内应力。 3)、金属屈服点的假设： 对材料的屈服点与温度关系曲线进行简化。低碳钢为例，其在500 oC以下时屈服极限不变，600 oC以上时完全是塑性状态，即屈服强度为0。 4)、应力应变关系的假设： 材料呈理想的弹塑性状态，既材料屈服后不发生强化。 （二）、在长板条中心加热 实验方法：如图2-4，在一块长板条（长为L宽为B厚为δ）中间用电阻丝间接加热。 温度场建立：在板条上出现一个中间高、两侧低的不均匀温度场，板条长度方向上的温度场可视为均匀的。 2）实际上：组成板条的小窄条之间相互牵连和约束的整体，截面必须保持平面。由于温度场是对称的，端面只作平移。移动距离为εe。 如果温度分布是x的函数，则应力平衡条件为： 总 结： 在板条中心对称加热时，板条中产生温度应力，中心受 压，两边受拉。同时平板端面向外平移（伸长）。 1)、如果此时不产生塑性变形，即ε＜εs，，当温度恢复到原始状态后，内应力消失，平板端面亦恢复到原来的位置。 2)、如果此时产生塑性变形，即ε＞εs，当温度恢复到原始状态时，还会出现由于不均匀塑性变形引起的残余应力，其符号与温度应力大致相反，同时板条端面向内平移（缩短），即为残余变形。 加热过程中产生的热应力： εT :自由变形率 εe :外观变形率 εem :板条的平均变形率 εeB :板条右侧的应变率 εeO :板条左侧的应变率 由于截面有转动，因此εe并非常数，而是x的线性函数。 联合上面三个式子，即可求得εeB和εeO 。还可以进一 步求出应力的分布。 长板条一侧加热与冷却后的残余应力与变形 四、焊接引起的内应力与变形 （一）、焊接应力与变形的特殊性 焊接应力与变形与上述的不均匀温度场引起的应力和 变形的基本规律是一致的，但有其特殊性和复杂性，主要有 下面三个因素决定为： 1）、温差大，从熔点到室温； 2）、材料物理和力学性能变化大。 3）、可能出现相变，从而引起材料物理和力学参量的 变化。 2、 | ε| εs , Tmax500oC 图中截面I取于塑性温度区最宽处，即600 oC 等温线最宽处的截面，距热源距离为vt1；截面II取于塑性温度区最窄处，即600 oC 等温线的顶点，距热源距离为vt2； III和IV截面分别距热源为vt3和vt4；截面IV认为恢复到原始状态；截面取的越多越能反应实际情况。 1、 截面I是600 oC 等温线最宽处的截面，焊缝及近缝区产生压缩变形。 2、在t2瞬时，