第二章焊接应力与变形 哈工大焊接结构课件.ppt

焊接结构学第二章 焊接应力与变形  §2-1 内应力及变形的基本概念 一、内应力及产生原因 按分布范围分为： 第一类内应力（宏观，工程中主要研究对象） 第二类内应力（晶粒尺寸） 第三类内应力（晶格尺寸） 内应力按产生原因分类：温度应力及残余应力 ㈠温度应力（热应力） 产生条件：受热不均匀 温度均匀结果：应力残留或消失 举例：框架结构的热应力平衡特点 ㈡残余应力 产生原因： 不均匀加热 产生条件：局部区域产生塑性变形或相变 二、自由变形、外观变形和内部变形 自由变形： ⊿LT=α·L0(T1-T0) εT=⊿LT /L0 = α·(T1-T0) 外观变形： ⊿Le εe =⊿Le /L0 内部变形： ⊿L =－(⊿LT － ⊿ Le) ε =⊿L /L0 低碳钢应力应变关系 σ = E· ε=E (εe － εT) 三、长板条在不均匀温度场作用下的变形和应力 研究的前提条件：平面假设原理 ㈠长板条中心加热 截取板条的单位长度研究 ㈡非对称加热（一侧加热） 内应力平衡条件为： 截面有转动，所以εe 非常数，是x的线性函数 四、焊接引起的内应力及变形㈠焊接应力与变形的特殊性 切条（切块）法举例 切条（块）法的应用场合及优缺点 小孔（盲孔）法的应用场合及优缺点 6.激光全息散斑干涉法 激光全息散斑干涉法：一次全息图 激光全息散斑干涉法：反映应变场的干涉云纹图 激光全息散斑干涉法：测试结果 激光全息测量法的应用场合及优缺点 ㈤内应力对刚度的影响 三、焊接过程中调节内应力的措施 ㈠采用合理的焊接顺序和方向 先焊受力大的焊缝，使之最终受压应力作用 拼板时先焊短缝，再焊直通长缝 ㈡适当采用反变形法 ㈢随焊锤击或碾压焊缝 ㈣在结构适当部位加热使之伸长 四、焊后消除焊接内应力的方法 ㈠整体高温回火 ㈡局部高温回火 ㈢机械拉伸法（过载法） ㈣温差拉伸法 ㈤振动法 五、焊接残余应力的测定 焊接残余应力的测定 ㈠应力释放法 1.切条法 2.刚性固定法 3.合理选择焊接方法和焊接规范 4.选择合理的装配焊接次序 方案一 方案二 方案三 九、矫正焊接变形的方法 ㈠机械矫正法 ㈡火焰加热矫正法 焊接角变形的利用－火焰成型(水火弯板) §2-3 焊接残余应力 一、焊接残余应力的分布 ㈠纵向残余应力 ㈡横向应力 ㈢厚板中的残余应力 电渣焊 低碳钢多层焊 ㈣拘束状态下的焊接内应力 ㈤封闭焊缝引起的内应力 ㈥相变应力 二、焊接残余应力的影响 ㈠内应力对静载强度的影响 塑性材料 在平面应力状态： 无影响 脆性材料或脆性状态 承载能力下降 塑性脆性力学状态的判断 ㈢内应力对机械加工精度和尺寸稳定性的影响 ㈣内应力对受压杆件稳定性的影响 ㈥错边变形：长度方向和厚度方向 ㈦螺旋形变形 焊接变形影响结构尺寸的准确、美观 可能降低结构承载能力（附加弯曲应力） 焊接变形可能降低结构承载能力举例二 二、纵向收缩变形以及它引起的挠曲变形 假想力作用在塑性变形区上 线能量对焊接纵向变形的影响:多层焊与单层焊 细长构件纵向收缩量的经验公式估算: 单层焊的纵向收缩量 多层焊的纵向收缩量 两面角焊缝丁字接头 再乘以系数1.15~1.40 钢制构件的挠度估算 单道焊缝引起的挠度: 多层焊和双面角焊缝引起的挠度: 三、横向收缩变形及其产生的挠曲变形 ㈠堆焊及角焊缝 横向收缩变形与线能量和板厚的关系 图2－36 横向收缩在焊缝长度方向上的分布 图2－37 ㈡对接接头 留有间隙的平板对接焊的横向变形 不留间隙的平板对接焊的横向变形 沿焊缝纵向热变形对横向变形的影响 四、角变形 产生原因：横向收缩在厚度方向上的不均匀分布 ㈠堆焊 ㈡对接接头 对接焊层数与角变形的关系 对接多层焊防止角变形方法 丁字接头的角变形 五、波浪变形 产生原因：受压部位失稳 螺旋形变形 八、预防焊接变形的措施 ㈠设计措施 1.合理选择焊缝尺寸和形式 开坡口的好处: 减小变形 节省人力物力 减小焊接变形措施:坡口选取 设计措施之二 2.减少不必要的焊缝 设计措施之三 3.合理安排焊缝位置 焊缝尽量对称于中性轴或靠近中性轴 ㈡工艺措施 1.反变形法 * 焊接结构实例 水轮机转轮结构 水轮机转轮的焊接加工 水轮机转轮叶片的焊接部位 焊接结构的杰作举例--巴顿桥(乌克兰基辅) 特点：跨度大，全焊结构，无铆钉、无螺栓 温度低，无塑性变形,应力平衡： 温度高，产生塑性变形，残余应力： b)和c)两种情况为不平衡力矩，不能发生 板条平均伸长率为： 板条曲率为： 结论： 当ε﹥εs时产生残余应力和残余变形（如图2－7）； 当ε﹤εs时不产生残余应力和残余变形； 金属高温性能随温度变化 对于低碳钢 典型焊接温度场 平面假设的适用条件： ①焊接速度快 ②材料导热慢（钢） ㈡受拘束体在热循环中的应