焊接应力及变形.ppt

第三章 焊接应力与变形Welding stress and deformation 材料成型及控制工程 2012.9 本 章 内 容 3.1 内应力与变形的基本知识 3.2 焊接应力与变形机理分析 3.3 焊接残余应力 3.4 焊接残余变形 3.5 焊接残余应力与变形的测量和调控 3.1 内应力与变形的基本知识 Welding Stress and Deformation 两边区域受压 内应力是一种普遍存在的现象 内应力作用的可能结果： （2）产生原因 ① 不均匀塑性变形：冷轧、冷弯 ② 不均匀温度场：焊接 ③ 不均匀相变：如奥氏体－马氏体转变 钢中膨胀系数由大到小的顺序为： 奥氏体铁素体珠光体上、下贝氏体马氏体； 比容变化相反： 马氏体铁素体珠光体奥氏体碳化物 →奥氏体－马氏体转变→体积？ ④ 不均匀化学反应 例:高速钢莱氏体钢，含有大量合金元素 过冷奥氏体转变为淬火马氏体，由于前者比容小，后者比容大，钢从收缩状态逆转为膨胀状态， 组织应力：金属内外层相变引起的比容变化不同时性产生的内应力 热应 力：大型刀具的表面和中心以及厚薄不同处因加热和冷却速度不一致形成温度差，导致体积膨胀与收缩不同而产生的内应力 附加应力：刀具表面和内部组织结构不均匀以及工具内部弹性变形不一致形成的内应力。 当以上三种应力之和大于材料的破断抗力时，则形成淬火裂纹。 （3）内应力分类 ① 按分布范围分： 宏观内应力：平衡范围整个结构 第一类内应力 √ 微观内应力：平衡范围晶粒之间 第二类内应力 超微观内应力：平衡范围晶格之间 第三类内应力 按应力状态分为： 单向应力—又称线应力，存在于窄板条结构； 双向应力—又称平面应力，存在于薄板结构； 三向应力—又称体积应力，存在于厚板结构。 三向应力的符号表示：σx , σy , σz 。 σx ——纵向应力，即平行焊缝方向的内应力； σy ——横向应力，即垂直焊缝方向的内应力； σz ——板厚方向的应力，即垂直焊缝平面的内应力。 3.1.2 焊接变形的基本知识 按焊接变形的形貌分为： 纵向收缩?L—工件在焊缝方向的尺寸缩短行为； 横向收缩?B—在垂直焊缝方向的尺寸缩短行为； 角变形β —工件的平面围绕焊缝轴线产生的角位移； 波浪变形—薄板工件在板平面上产生的凸凹不平； 弯曲变形—工件轴线产生的挠曲变形； 扭曲变形—工件整体产生的螺旋变形； 焊接错边—工件的坡口两侧母材产生局部不平。 区别伪波浪变形与真正波浪变形的本质不同； 注意焊接错边与装配错边的本质不同； 注意分析各种变形的产生原因及相互关系。 解释与提示： 伪波浪变形的本质是：角变形的连续 表象； 真正波浪变形本质是：薄板受压失稳 行为； ——它们都是构件 刚性不足 的表现形式。 装配错边是机械装配精度不足所为； ——是铆工的责任！ 焊接错边的本质原因是： 焊接件坡口两侧母材热变形不一致或受热状态不同所致。具体原因可能是： 1）电弧偏吹； 2）异质接头； 3）不等厚接头； 4）散热条件不同； 5）拘束条件不同。 （4）各种变形的相互联系 纵向收缩 横向收缩 角变形的本质是：横向收缩在厚度方向上的不等量分布所致。 扭曲变形的本质是：角变形在焊缝长度方向上的不等量分布与不对称焊接所致。 弯曲变形可能是：纵向收缩和/或横向收缩造成的。即把焊缝的偏心收缩产生的偏心力矩理解为偏心压缩！ 3.2 焊接应力与变形机理分析 3.2.1 焊接应力与变形的基本概念 提要：这里通过对小试件均匀线性加热与冷却过程热循环中的热变形与热应力循环 的分析，使我们深刻理解焊接应力与变形的产生过程及残余应力与变形的产生机理。 方法：利用应力、应变循环图直观分析。 基本概念：自由变形，外观变形，内部变形。 基本符号： △ L T △Le △L 应变表示： ε T εe ε 三种基本变形的定义 自由变形 —在温度变化时试件的变形不受任何限制，能够充分表现出来的变形 外观变形 —由于某种拘束作用的限制，使得试件的热变形不能充分表现出来，把其中表现出来的部分变形称为外观变形 内部变形 —未表现出来的那部分就称为内部变形 三种基本变形的图解 三种变形的应变形式 只要将公式 △Le =