焊接结构的热应力与变形分析.docxVIP

热应力：在焊接过程中，焊件内部温度有差异引起的应力。 焊接应力的产生原因可分为:热应力、组织应力、收缩应力等几类。焊接应力是产生热裂纹和冷裂纹（包括层状撕裂）的重要原因之一。 ?防止和消除焊接应力的措施：①焊前预热；②采取合理的焊序和方向；③较小的焊接线能量；④锤击或碾压焊缝；⑤采用反变形法 焊接应力 焊接残余应力的分类?1．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。? 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? 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 对工作时受力较大的焊缝应先焊；④交错布置的焊缝应先焊交错的短焊缝?，后焊直通的长焊； 5 长焊缝应该从中间向两头焊，避免从两头向中间焊。 （2）缩小焊接区与结构整体之间的温差 （预热法、冷焊法）；?（3）预热或加热“减应区”法?；（4）降低接头局部的拘束度?； （5）随焊锤击或辗压焊缝；?五、消除焊接残余应力的方法? ?消除焊接残余应力的方法有：整体高温回火，局部高温回火，机械拉伸，温差拉伸，振动等方法消除。 热处理法? 热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松驰焊接残余应力的目的，同时热处理还可以改善接头的性能。?（1）整体热处理 整体炉内热处理、整体腔内热处理?整体加热热处理消除残余应力的效果取决于热处理温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围。保温时间根据板厚确定，一般按每毫米板厚1~2 min计算，但最短不小于30 min，最长不超过3h。?碳钢及中、低合金钢：加热温度为580~680℃；?铸铁：加热温度为600~650℃。?（2）局部热处理?局部热处理只能降低残余应力峰值，不能完全消除残余应力。加热方法有电阻炉加热、火焰加热、感应加热、远红外加热等，消除应力效果与加热区的范围、温度分布有关。?2．加载法?加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松驰应力的目的。?（1）机械拉伸法?（2）温差拉伸法?（3）振动法?六、焊接残余应力的测定?目前，测定焊接残余应力的方法主要可归结为两类，即机械方法和物理方法。?1．机械方法?利用机械加工将试件切开或切去一部分，测定由此而释放的弹性应变来推算构件中原有的残余应力。包括切条法、钻孔法和套孔法。?2．物理方法?是非破坏性测定焊接残余应力的方法，常用的有磁性法、超声波法和X射线衍射法。?（1）磁性法是利用铁磁材料在磁场中磁化??的磁致伸缩效应来测量残余应力的。?（2）X射线衍射法是根据测定金属晶体晶格常数在应力的作用下发生变化来测定残余应力的无损测量方法。?（3）超声波法是根据超声波在有应力的试件和无应力的试件中传播速度的变化来测定残余应力的。