课次2427课题九焊接应力与变形.pptVIP

单元九 焊接应力与变形 本节主要讨论产生焊接应力与变形的原因、预和减小焊接应力与变形的措施、以及消除焊接应力与变形的方法。 一、焊接应力与变形产生的原因 （一）焊接应力与变形的概念  1．应力与变形的基本概念  物体的变形：物体在受到外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸会发生变化，这种变化称为物体的变形；物体的变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。 内力：在物体受到外力作用发生变形的同时，在其内部会出现一种抵抗变形的力。 应力：物体由于受到外力的作用，在单位截面积上出现的内力就叫做应力。 内应力的显著特点是：在物体内部，内应力是自成平衡的，形成一个平衡力系。 2．焊接应力与变形的概念 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。按应力作用时间的不同，焊接应力可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接瞬时应力，是焊接过程中某一瞬时的焊接应力，它随时间而变化。焊件冷却后，残留于焊件内的应力，称为焊接残余应力。 焊接变形：即由于焊接而引起的变形。焊接变形包括焊接过程中的变形和焊接残余变形。焊后焊件不能消失的变形，称为焊接残余变形。 我们所说的焊接应力及焊接变形，一般是指焊接残余应力和焊接残余变形。 （二）研究焊接应力与变形时的几个假定 焊接过程中，影响焊接应力与变形的因素很多,为抓住主要矛盾,简化讨论,常作如下几个假定。 1．平截面假定 2．金属性质不变假定 3．屈服强度与温度关系的假定 （三）焊接应力与变形产生的原因 1．焊件的不均匀受热 焊接过程中，焊缝被加热处于液态，相邻的金属加热到很高 的温度，然后再快速冷却下来，各点处温度不同，冷却速度也不 相同，在热胀冷缩和塑性变形的影响下，必将产生内应力、变形 或裂纹。 通过对钢板中心堆焊或对接时的应力与变形上述的分析可知： 1）焊接是一个不均匀的加热过程，焊后焊件必然有焊接应力和焊接变形，即焊件的不均匀加热是产生焊接应力与变形的主要原因。 2）通常，焊接过程中焊件的变形方向与焊后的变形方向相反。 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。如这种收缩能充分进行，则焊接变形大，焊接应力小；如这种收缩不能充分进行，则焊接变形小而焊接应力大。 4）焊接过程中及焊接过程结束后，焊件中的应力分布都是不均匀的。焊后焊缝及其附近区域的焊接应力通常是拉应力。 焊接应力与变形产生的原因: 1．焊件的不均匀受热(前面以叙) 2．焊缝金属的收缩 焊缝金属当它冷却由液态转变为固态时，其体积要收缩；另外，一条焊缝是逐步形成的，焊缝中先结晶的部分要阻止后结晶部分的收缩，也会产生焊接应力与变形。 3．金属组织的变化 焊接过程中伴随金相组织转变（金属各种组织比容的不同 ）所出现的体积变化将产生新的内应力，冷却以后，如果相变产物仍旧保留下来，那么在焊件中就产生了组织应力和变形。 ４．焊件的刚性和拘束 焊件的刚性是指焊件抵抗变形的能力；有些焊件虽然自身的刚性小，但周围用刚度大的物体给予加固，即增加了对焊件的拘束；焊件的刚度和拘束越大，焊接变形就越小、焊接应力则越大；反之，焊件的刚度和拘束越小，焊接变形就越大，焊接应力则越小。 二、焊接应力 （一）焊接应力的分类 1．按其产生的原因可分为： 温度应力（也称热应力）、残余 应力、 组织应力 ； 2．按其作用的方向分为：纵向应力、横向应力 ； 3．按其在空间作用的方向分为：单向应力、双向应力（平面应 力）和三向应力（体积应力）。 （二）焊接应力的分布 （三）焊接应力对焊接结构的影响 1．焊接应力对构件强度的影响； 2．焊接应力对结构疲劳强度的影响； 3．焊接应力降低机械加工的精度； 4．焊接应力降低受压构件的稳定性； 5．焊接应力对构件应力腐蚀开裂的影响。 （四）减小焊接应力的措施 1．采用合理的焊接顺序和方向 2．留“裕度”法 3．加热“减应区”法 4．锤击或辗压焊缝 （五）消除焊接应力的方法 1．焊后热处理 2．机械拉伸法 对焊接结构进行加载，使焊接塑性变形区得到拉伸，以减小由 焊接引起的局部压缩塑性变形量，使内应力降低。特别适用于一些 焊接容器，它可以通过水压试验起到机械拉伸的作用。 3．温差拉伸法