第二章 焊接应力和 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 ;水轮机转轮的焊接加工;;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;§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）;㈡残余应力;二、自由变形、外观变形和内部变形;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;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：;板条平均伸长率为：;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； ;四、焊接引起的内应力及变形㈠焊接应力与变形的特殊性;;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力与变形的演变过程;;残余应力等于材料屈服极限;㈢焊接应力应变的演变过程;㈣焊接热应变循环;（焊缝）金属在高温时的延性和断裂;㈤焊接瞬态应力变形研究的新发展 有限元法和计算机技术的应用取代简单计算;;;§2－2 焊接残余变形 焊接残余变形的分类：分七类;㈢挠曲变形;㈣角变形 ㈤波浪变形：薄板易发生;㈥错边变形：长度方向和厚度方向;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:;钢制构件的挠度估算;;三、横向收缩变形及其产生的挠曲变形;;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;沿焊缝纵向热变形对横向变形的影响;;;;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;螺旋形变形;八、预防焊接变形的措施;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;;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;九、矫正焊接变形的方法;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;;;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;脆性材料或脆性状态;;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;;㈤内应力对刚度的影响;三、焊接过程中调节内应力的措施;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;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;切条（切块）法举例;切条（块）法的应用场合及优缺点 ;2.套孔法 3.小孔法 4.逐层铣削法 5.压痕法;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 ;㈡无损测试方法 1）x射线衍射法;X射线衍射法测量应力特点;2）中子衍射法 处于研究阶段，适合无损测量构件深层残余应力;3）电磁测量法 尚处于研究阶段 优点是测试方便 缺点是测试区大、 精度有待提高、 组织性能变化难排除 只能测试铁磁性材料 ;4）超声波测量法 测量原理： 应力水平不同导致超声波传播速度的差异 适用范围：测量大尺寸构件内部的三维平均应力 目前尚处于实验室研究阶段，精度低