7焊接残余应力.ppt

第三章 焊接应力 一、焊接应力与变形 把焊接过程中焊件中产生的随时间变化的变形和内应力分别称为焊接瞬时变形和焊接瞬时应力。 把焊后焊件冷却至室温时仍留存在焊件中的变形和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力。 第三节 焊接残余应力 3.1焊接残余应力的分类 1.直接应力 由于不均匀加热和冷却而引起，取决于加热和冷却时的温度梯度，是形成焊接残余应力的主要原因。 2.间接应力 由焊前加工状况所造成的应力。如焊前构件经轧制或拉拔产生的应力，会叠加到焊接残余应力上去。此外，焊件受外界约束产生的拘束应力也属于此类应力。 3.组织应力 焊接接接头区产生不均匀的组织转变而产生的应力，也就是相变造成的比容变化而产生的应力。 焊接残余应力的产生 1、焊接残余应力产生的机理 焊接残余应力是由上述多种因素交互作用的结果。仅就内拘束度的效应而言，焊接残余应力产生机理：焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化；而临近熔池的 高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形；在冷却过程中，已发生塑性变形的这部分材料（如长焊缝的两侧）又受到周围条件的制约，而不能自由收缩，在不同程度上被拉伸形成拉应力；与此同时，熔池凝固，形成的焊缝金属冷却收缩受阻时也将产生相应的拉应力。这样，在焊接接头区产生了缩短的不协调应变，与其相对应，在构件中会形成自身相平衡的内应力。而焊后，在室温条件下残留于焊件中的内应力称为焊接残余应力。 第三节 焊接残余应力 3.2焊接残余应力的分布 ㈠纵向残余应力（平行于焊缝轴线方向的应力） 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 ㈡ 横向应力（垂直于焊缝轴线方向的应力） 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 ㈢ 厚板中的残余应力 第三节 焊接残余应力 3.3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 第三节 焊接残余应力 脆性材料或脆性状态 内应力与外载叠加，承载能力下降，甚至断裂。 第三节 焊接残余应力 （二）内应力对刚度的影响 第三节 焊接残余应力 ㈢内应力对机械加工精度和尺寸稳定性的影响 第三节 焊接残余应力 3.4减小焊接残余应力的措施 （一）设计措施 正确布置焊缝，从而避免应力叠加，降低应力峰值 1.在保证焊件强度的前提下，尽量减少焊缝数量和减小焊缝尺寸 2.避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的间距。 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 3.焊缝不要布置在高应力区及断面突变的地方,以避免应力集中 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 4.采用刚性较小的接头形式对管接头 第三节 焊接残余应力 （二）工艺措施 1.采用合理的焊接顺序和方向 基本原则：让大多数焊缝在刚性较小的情况下施焊，以便都能自由收缩而降低焊接应力。 第三节 焊接残余应力 为提高焊接接头强度，先焊在工作时受力较大的焊缝，使内应力合理分布（压应力）。 第三节 焊接残余应力 拼板时先焊短缝，再焊直通长缝，使焊缝有较大的横向收缩余地。 第三节 焊接残余应力 第三节 焊接残余应力 2.降低接头局部的拘束度 第三节 焊接残余应力 3.在结构适当部位加热使之伸长 4.随焊锤击或碾压焊缝 第三节 焊接残余应力 3.5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 第三节 焊接残余应力 ㈢机械拉伸法（过载法） 第三节 焊接残余应力 ㈣温差拉伸法 ㈤振动法 反变形 左：平板少量翻边 右：镶块压凹 * * * * 焊接应力和变形的基本概念 焊接残余应力 生成机理 热应力 相变应力 微观应力 宏观应力 超微观应力 分布区域 双向应力 单向应力 三向应力 作用方向 焊缝位置 切向应力 径向应力 轴向应力 横向应力 纵向应力 厚度方向应力 焊接残余应力产生的机理 在实际焊接结构中，如果将长焊缝适当分段进行焊接，将会减小焊件中的残余应力 水平板与立板高之比较小 水平板与立板高之比较大，越接近长条板中心堆焊 + 1、纵向收缩引起的 2、横向收缩的不同时性 + 焊件长宽比增加时，可能随之增大 焊缝足够长时，中间拉应力降低，趋于零的倾向。 横向收缩的不同时性 在焊接末段部位产生横向拉伸应力。最终横向应力是由上述两种应力合成的，因此，从减小总横向应力来看，应尽量采用由中间向两端施焊。 根部：横向残余应力大，大大超过材料的屈服点 焊缝表面：纵向、横向均比中心部位大 厚度方向残余应力较小，可能为压应力也可能为拉。 左：T形梁切削-应力释放-内应力重新分布-挠曲 右：焊接齿轮箱油孔，加工第