[工学]第三章连接.ppt

第三章 连 接Chapter 3 Connections 焊缝连接 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第三章 连 接 Chapter 3 Connections r M V x y x 300 400 e2 e1 N A 满足强度要求, 说明hf =8mm是合适的． 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第三章 连 接 Chapter 3 Connections §3.4 焊接残余应力和焊接变形 3.4.1 焊接残余应力和变形的原因 1.焊接残余应力的分类 ▲纵向焊接应力：长度方向的应力 ▲横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力 ； ▲厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。 2.焊接残余应力的成因 a) 焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝处可达1600oC，而邻近区域温度骤降。 （1）纵向焊接残余应力 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第三章 连 接 Chapter 3 Connections b) 高温钢材膨胀大，但受到两侧温度低、膨胀小的钢材限制，产生热态塑性压缩，焊缝冷却时被塑性压缩的焊缝区趋向收缩，但受到两侧钢材的限制而产生拉应力。对于低碳钢和低合金钢，该拉应力可以使钢材达到屈服强度。 c) 焊接残余应力是无荷载的内应力，故在焊件内自相平衡，这必然在焊缝稍远区产生压应力。 + - - 500oC 800oC 300oC 300oC 500oC 800oC 施焊方向 8cm 6 4 2 0 2 4 6 8cm 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第三章 连 接 Chapter 3 Connections （2）横向焊接残余应力 产生的原因: a) 焊缝的纵向收缩，使焊件有反向弯曲变形的趋势，导致两焊件在焊缝处中部受拉，两端受压； b) 焊接时已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的横向膨胀，产生横向塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力；应力分布与施焊方向有关。 以上两种应力的组合即为横向焊接残余应力 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第三章 连 接 Chapter 3 Connections (a) 焊缝纵向收缩 时的变形趋势 - + - (b) 焊缝纵向收缩 时的横向应力 x y + - + 施焊方向 (c) 焊缝横向收缩 时的横向应力 x y - + - + (d) 焊缝横向 残余应力 y x - + + 施焊方向 (e) - + - 施焊方向 ( f ) x y y x 不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第三章 连 接 Chapter 3 Connections （3）沿厚度方向的焊接残余应力 a) 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。 - + - 321 σx σy σz b) 焊接时沿厚度方向已凝固的先焊焊缝，阻止后焊焊缝的膨胀，产 生塑性压缩变形。焊缝冷却时，后焊焊缝的收缩受先焊焊缝的限制而产生拉应力，而先焊焊缝产生压应力，因应力自相平衡，更远处焊缝则产生拉应力。 c) 因此，除了横向和纵向焊接残余应力?x ，?y外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力?z ，这三种应力形成同号(受拉)三向应力，大大降低连接的塑性。 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第三章 连 接 Chapter 3 Connections 3.焊接残余变形的产生 在施焊时，由于不均匀的加热和冷却，焊区的纵向和横向受到热态塑性压缩，使构件产生变形。表现主要有：纵向收缩、横向收缩、弯曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。 图3.4.4 焊接变形 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure