第3章 焊接應力與變形

1、第3章焊接應力與變形焊接應力與變形焊接應力與變形的概念是焊接領域的一個非常重要的概念，也是本課的重點與難點，他有較強的系統(tǒng)性和邏輯性。我們講課時的思路與書上的差別也比較大，因此要求大家上課注意聽講，做好課堂筆記。31基本概念一、內(nèi)應力及其性質(zhì)1、何為內(nèi)應力？在沒有外載荷作用時，平衡于物體內(nèi)部的應力叫內(nèi)應力。2、內(nèi)應力的性質(zhì)（1）自身平衡滿足靜力平衡條件，即所有應力的合力等于零，∑F=0；對任意點的合力矩等于零，∑M=0。（2）不穩(wěn)定性受

2、到外界因數(shù)作用時，如外載荷、溫度變化時，自身平衡被打破，當外界作用消失后，內(nèi)應力數(shù)值發(fā)生變化，但仍保持自身平衡。（3）由此可以得出一個推論；內(nèi)應力的波形圖至少應該是三波形的，因為單波形，兩波形都不能滿足合力為零，合力矩為零。3、內(nèi)應力的分類按內(nèi)應力平衡的范圍分第一類內(nèi)應力：在較大的范圍內(nèi)平衡，其范圍可與物體尺寸相比，故稱之為宏觀內(nèi)應力。第二類內(nèi)應力：它的平衡范圍大小可與晶粒尺寸相比，稱為微觀內(nèi)應力。第三類內(nèi)應力：它的平衡范圍更小，只能與

3、晶格尺寸相比，也叫超微觀內(nèi)應力。焊接應力的平衡范圍較大，屬于宏觀內(nèi)應力，因此我們以后重點研究宏觀內(nèi)應力。按內(nèi)應力產(chǎn)生的原因來分：有熱應力和組織應力（1）熱應力熱應力也叫溫度應力，是由于構(gòu)件受熱不均勻而引起的應力，我覺得叫溫度應力是不準確的，叫溫差應力比較合適，因為并不是任何物體有溫度就有應力的，只有物體上的溫度分布不均勻，有溫度梯度時才有應力。由溫度變化而引起的自由變形為：ΔLT=α(T1T0)L0自由應變（自由變形率即單位長度上的自由

4、變形量）為：εT=α(T1T0)2、外觀應變εe（可見應變）和內(nèi)部應變ε（不可見應變）對于上述桿件的加溫過程，如果我們增加一個拘束條件，使其一端與一個剛性壁連接，另一端與另一個剛性壁相距εe，同樣使溫度由T0升至T1，則由于剛性壁的阻礙自由應變εT就不能完全表現(xiàn)出來，而只能表現(xiàn)出εe這部分，所以我們就叫這表現(xiàn)出來的部分為外觀應變εe也叫可見應變，而未表現(xiàn)出來的部分就叫內(nèi)部應變ε，也叫不可見應變。外觀應變εe：受拘束條件決定的，構(gòu)件能夠表

5、現(xiàn)出來的實際變形。也就是能夠看的見，摸的著的變形。內(nèi)部應變ε：受拘束條件約束，未能表現(xiàn)出來的變形。3、彈性內(nèi)部應變（ε’）和塑性內(nèi)部應變（ε”）不可見應變既然沒有表現(xiàn)出來，它就一定會以另一種形式頑強的表現(xiàn)自己，這種形式就是應力，它以應力的形式存在于物體內(nèi)部，應力的大小服從虎克定律，即σ=Eε應力的大小與內(nèi)部應變量ε成正比。當內(nèi)部應變量ε不太大的話，它產(chǎn)生的應力小于屈服極限σS這時的內(nèi)部應變是彈性的叫彈性內(nèi)部應變，以ε’表示，彈性內(nèi)部應變

6、是可以恢復的，也就是說，當溫度由T1恢復到T0時，隨著溫度的下降，ε’和σ將逐步減小并消失。當溫度由T0上升時，ε’和σ都同時增大，當σ增加到屈服點時，彈性內(nèi)部應變量達到最大值，我們以εS表示，也就是說小于εS的內(nèi)部應變都是彈性內(nèi)部應變。如果溫度繼續(xù)增加ε超過εS，桿件內(nèi)部的應力達到σS，應力就不再繼續(xù)增加了，這是材料已處于塑性狀態(tài)，所以超過εS部分的內(nèi)部應變叫塑性內(nèi)部應變，我們以ε”表示，大家知道塑性變形是不可恢復的，所以在溫度恢復到

7、T0之后，塑性內(nèi)部應變將保留下來，這樣原桿件將縮短ε”。這里桿件的縮短可能不好理解，大家也可以這樣看，先認為對應于T2的自由變形完全表現(xiàn)出來，然后用一個剛性壁來進行壓縮，壓縮一點就產(chǎn)生一點內(nèi)部變形，桿件內(nèi)部就產(chǎn)生一點壓應力，當壓縮所產(chǎn)生的內(nèi)部變形量等于εS時，壓應力達到σS，整個桿件達到塑性狀態(tài)，這時再繼續(xù)壓縮桿件就會產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)塑性縮短了，當溫度恢復以后這個塑性縮短ε”將保留下來。εS：與σS相對應的內(nèi)部變形，小于εS的ε都是彈