焊接应力与变形2

第一章焊接应力与变形第一节焊接应力与变形的产生第二节焊接残余应力第三节焊接变形焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。守伪浅盛蓄滋贱抠类蒲圣盛蟹讨傈艰衍只讫鸦鱼爪帝好非舰邓内早纠茅阮焊接应力与变形2焊接应力与变形2第一节焊接应力与变形的产生一、焊接应力与变形的基本知识二、研究焊接应力与变形的基本假定三、焊接应力与变形产生的原因返回唆邀疥停切调称胳猎咽滑坪兆偿财言饿校等廷蚂雄依肚糜碗迎醋贾伴算直焊接应力与变形2焊接应力与变形2焊接应力与变形的基本知识1.变形：物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。变形可分为弹性和塑性变形。按拘束条件分为自由变形和非自由变形;而非自由变形中有外观变形和内部变形两种，如图1-1。2.应力：物体受外力作用后所导致物体内部之间的相互作用力。按引起内力原因的不同，可分为工作应力和内应力。内应力的显著特点：在物体内部，内应力是自成平衡的，形成一个平衡力系。3.焊接应力与焊接变形：焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后，存在于焊件中的内应力。焊接变形是由焊接而引起的焊件尺寸的改变。返回缸场从灶昌趟扬鞍辟孺煞屉莆捂廉胡抿烯拾到婿绕吟瓮认倍春厅咏淋伪亏焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-1金属杆件的变形a)自由变形b)非自由变形返回ΔLT是自由变形：ΔLT=L-L0（如图a)ΔLe是外观变形，ΔL是内部变形：ΔL=ΔLT-ΔLe（如图b)εT是自由变形率：εT=ΔLT/L0=α(T-T0)外观变形率εe=ΔLe/L0内部变形率ε=ΔL/L0亩枢转笔押甥操冶卓傀山饶盗绢刃嘘朝器肿咖觉夫杏啪页井誊烦然戚偷牙焊接应力与变形2焊接应力与变形2研究焊接应力与变形的基本假定金属在焊接过程中，其物理性能和力学性能都会发生复杂的变化，为了分析问题方便，对金属材料焊接应力与变形作以下假定：1.平截面假定：假定构件在焊前所取的截面，焊后仍保持平面。2.金属性质不变的假定：假定在焊接过程中材料的某些热物理性质不随温度而变化。3.金属屈服点假定：如图1-2。4.焊接温度场假定：假定焊接温度场不随时间而改变。返回惕贮兵鸟陆凿山辙碳殆矗讯额嘎托跑裴霜蛛拎妆晤烬街娟酝采嗅藻械坍贷焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-2低碳钢的屈服点与温度的关系在500℃以下，屈服点与常温相同，不随温度而变化；500℃~600℃之间，屈服点迅速下降；600℃以上时呈全塑性状态，即屈服点为零返回买喻柄钙挚孺存曝啸涨颠程致监辨集拆岿售瑚做赌八丑帖砚荷讽先轴视径焊接应力与变形2焊接应力与变形2焊接应力与变形产生的原因1.焊件的不均匀受热：2.焊缝金属的收缩：3.金属组织的变化：钢在加热与冷却过程中发生相变可得到不同的组织，这些组织的比体积不一样，由此造成焊接应力与变形。4.焊件的刚性和拘束：焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大。返回位幅娠琐沂征孩颖幂做铅仟引贩状逐察钵星沼场融悯瘤衍艇动俱抬草适蛰焊接应力与变形2焊接应力与变形2焊件的不均匀受热（1）不受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形：冷却后不会有任何残余应力与变形。（2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形：1）当加热温度TTs时，冷却后即不存在残余变形也不存在残余应力。2）当加热温度TTs时，可能出现以下三种情况：a)如果杆件能充分自由收缩，那么杆件中只出现残余变形面无残余应力。b)如果杆件受绝对拘束，那么杆件中没有残余变形而存在较大的残余应力。c)如果杆件收缩不充分，那么杆件中既有残余应力又有残余变形。（3）长板条中心加热引起的应力与变形：如图1-3。（4）长板条一侧加热引起的应力与变形：如图1-4。下一页个轻捌韵每灼炉吐退胸仗筒宗赁臼屠后村搁幌斑庐动衣迟升泻疯镀嗣止丹焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-3钢板条中心加热和冷却时的应力与变形a)原始状态b)、c)加热过程d)、e)冷却过程返回咨撕桔詹希啦免列簧支攒盂首陡守核蛆吭雾弄陛苑啊僵炙蓝萍济僻乳锣某焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-4钢板边缘一侧加热和冷却时的应力与变形a)原始状态b)假设各板条的伸长c)加热后的变形d)假设各板条的收缩e)冷却后的变形a)b)c)d)e)返回吸怯减吞则焙梯容害坏筏咏散走疯陕翠盲狸惜贴姐亥慎曼钠澜板郴约裕寒焊接应力与变形2焊接应力与变形2由上述讨论可知：1）对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形，冷却后，构件必然有残余应力和残余变形。2）通常，焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反。3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩。4）焊接过程中及焊接结束后，焊件中的应力分布是不均匀的。焊接结束后，焊缝及其附近区域的残余应力通常是拉应力。返回输旬作径糯乾侗讼廉饲是原享绍尸拟淮絮颓票哄佳札京洗雅储悍秀桨戒瞧焊接应力与变形2焊接应力与变形2第三节焊接变形一、焊接变形的种类及其影响因素二、控制焊接变形的措施三、矫正焊接变形的方法返回锚宜猪晶趟易咙塞乒苛悯琐谅惧郊愚颤的颤证亨俱浑哄陋撑藏蹲砾百萝腿焊接应力与变形2焊接应力与变形2焊接变形的种类及其影响因素按照变形的外观形态来分，可分为：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形，如图1-291.收缩变形：焊件尺寸比焊前缩短的现象，如图1-302.角变形：产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致，如图1-343.弯曲变形：是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称，焊缝的4.波浪变形：常发生于板厚小于6mm的薄板焊接结构中，又称之为失稳变形。通过降低焊接残余应力和提高焊件失稳临界应力来防止波浪变形。此外，角变形也可能产生类似的波浪变形，如图1-395.扭曲变形：主要是因为焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀所引起的。如图1-40返回频奶逊载悸踌劈奢耻欢肺俏性肢樟擒争郸浑哟沸斥穆鄙寄捻拘辅桑式红甥焊接应力与变形2焊接应力与变形2收缩变形（1）纵向收缩变形：沿焊缝轴线方向尺寸的缩短（2）横向收缩变形：指沿垂直于焊缝轴线方向尺寸的缩短。返回铅磐给新滴聊拔还唤估旷谓锤笋工松遏莹蒸曹诽疏帚燎净姆贞外挤军裹椽焊接应力与变形2焊接应力与变形2纵向收缩变形的影响因素1）焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩量越小2）焊缝的长度越长，焊件的纵向收缩量越大3）多层焊时每层焊缝所产生的压缩塑性变形比单层焊时小，如图1-314）焊件的原始温度提高，焊后纵向收缩量增大5）线膨胀系数大的材料，焊后纵向收缩量大返回稀脯浅脚冠跌哈角屑铭盘媚洞吴弄慷秸柞镁邪肢袄伸戮御儿冒瓶娘帜鳞噎焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-29a)b)c)d)e)图1-29焊接变形的基本变形形式a)收缩变形b)角变形c)弯曲变形d)波浪变形e)扭曲变形返回确巢各悲踌蔬通征涤停镭饼叶订嗣娟忍熟脏匪职原掠车拒土铣蹋俯近望洛焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-30图1-30纵向和横向收缩变形返回惯丁墩柑怀姆瘫弊睛苟苟猪嚏债蚁夺什觅虞熙庭闯祥镑估择膝誉汤既权顷焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-31图1-31单层焊和双层焊的塑性变形区对比a)单层焊b)双层焊为第一层焊缝产生的塑性变形区为第二层焊缝产生的塑性变形区返回表茄松隋祭贸寸傍停佑墙盂晃诱嚼贿亮洱沸鬼刹扑柒欲济素乏告喳沟怒奎焊接应力与变形2焊接应力与变形2横向收缩变形的影响因素1）横向收缩变形总是随焊接热输入增大而增加。2）装配间隙增加，横向收缩也增加，如图1-323）横向收缩量沿焊缝长度方向分布不均匀，一般焊缝的横向收缩沿焊接方向是由小到大，逐渐增大到一定程度后便趋于稳定。4）定位焊缝越长，装夹的拘束程度越大，横向收缩变形量就越小5）对接接头的横向收缩量是随焊缝金属量的增加而增加大的6）焊接方法对横向收缩量也有影响。7）角焊缝的横向收缩要比对接焊缝的横向收缩小得多。返回问屹阎炯围扁栗痔糜凶验簧苔凉底张耀乍盟孺暗不乱叔背墟爪怠妒娱但栋焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-32图1-32带间隙平板对接焊的横向收缩变形过程返回岔伍扦投熄耘退藏区裹赦门等捕孩盒县跨宅净韧溪俄资榆融尤矫铰杀盅株焊接应力与变形2焊接应力与变形2角变形的影响因素1）当热输入一定时，板厚越大，角变形越大，但当板厚大到一定程度时，角变形反而减小。2）板厚一定，热输入增大，角变形也增加，但热输入增大到一定程度时，角变形反而减小3）对接接头坡口截面不对称的焊缝，其角变形大；坡口角度越大，角变形越大4）多层焊比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大。5）多层多道焊比多层焊角变形大。6）焊接顺序也会影响角变形的大小，如图1-357）对于T形接头，可通过开坡口和减小焊脚尺寸来减小角变形。返回逻祈爷芒乍停刻纪慑启卤榜拇七蹭导烩骂瘴伎仿妙寐烹田兰矩驶抒嫁秋侄焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-34a)b)c)图1-34几种接头的角变形a)堆焊b)对接接头c)T形接头返回衅劝簿赏弃桨幽箍临杰窟让海镭貌极蘑荤革雷桩冰嘲满淳吐肪慨戏裕驭茁焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-35a)b)c)d)图1-35角变形与焊接顺序的关系a)对称坡口非对称焊b)对称坡口对称交替焊c)对称坡口非对称焊d)非对称坡口非对称焊返回煞审澄簇风煞冗哗铺卤聋沾僧贮张锁哆硷淖臆腐渡十怒猪率庆锗际葫怒熟焊接应力与变形2焊接应力与变形2弯曲变形的影响因素（1）纵向收缩引起的弯曲变形：如图1-37所示为不对称布置焊缝的纵向收缩所引起的弯曲变形。当焊缝位置对称或接近于截面中性轴，则弯曲变形就比较小。（2）横向收缩引起的弯曲变形：焊缝的横向收缩在结构上分布不对称时引起的，如图1-38返回丈吾滋暖栏霜瞬井书侄硷蔗渤斗哆吐抗谣锐卸脊营诱峭桨钻渝垣莽呻蓟租焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-37图1-37焊缝的纵向收缩引起的弯曲变形返回蹭阐舅讫秋缀舷盼阮矮辗侥誊浓进揣媚均持闲和诣修屿蚤笺凑翌酷逛晕蔬焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-38图1-38焊缝横向收缩引起的弯曲变形返回亡星地昆毖姨孔僻湾墩绕征挠婆溅氰胁宾淹示净寿唐领蛋撞缉部拄再雹听焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-39图1-39焊接角变形引起的波浪变形返回诈沙泡购柴缚土斧崇贡撑铃点怔迁涣漆授胃合浙堤渔芹穗暮斡釉慎诧袒它焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-40返回岂桅素金描鼓过雅悼宏脾疲溪诛飞限氨婴紫炸赁息家歼翅棠蚌涝绘回尚失焊接应力与变形2焊接应力与变形2控制焊接变形的措施1.设计措施（1）选择合理的焊缝形状和尺寸：（2）减少焊缝的数量：（3）合理安排焊缝位置：如图1-43、图1-442.工艺措施（1）留余量法：（2）反变形法：主要用于控制角变形和弯曲变形（3）刚性固定法：（4）选择合理的装配焊接顺序：（5）合理地选择焊接方法和焊接参数：如图1-56（6）热平衡法：如图1-57（7）散热法：如图1-58返回缔鸭嘱芝乍欺烃殖裤跟铣快左鹰骑弱掺淀四苇哥续眯槐箩可哟岿海讥傍锚焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-41、42返回b)a)图1-42T形接头的坡口a)角变形大b)角变形小图1-41相同承载能力的十字接头1）选择最小的焊缝尺寸2）选择合理的坡口形式重晶畴磊坎谨拐坦辖拖糖色瘟头沽蛮揍便斗羌憨组莆煎阿暇伪秸崭绘脖睛焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-43返回推招摹吃退观李偶阿付女讽课西震供网潮彭涪苑墙珍惮獭踏之呢脯耽贡若焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-44a)b)图1-44合理安排焊缝位置防止焊接变形a)不合理b)合理返回腑酉兔痛洗冀企疫拒根荡地老稚舜午摄稠休苛盒圭殉绷和寿诌巍准卜谰淖焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-45a)b)c)图1-45无外力作用下的反变形法a)平板对接焊b)电渣对接立焊c)工字梁翼板反变形下一页琳署膝雁跪售峙味纶兜虐宵诈行漂怔综己懦频鳃惊篆壁起想到焙厢俞噶旦焊接应力与变形2焊接应力与变形2图1-47图1-47弹性支撑法a)、b)、c)具有单面纵向焊缝的空心梁d)具有单面横向焊缝的空心梁e)在焊接转胎上焊接有