焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生

1、第一章焊接應(yīng)力與變形,第一節(jié) 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生,2024/3/17,主要內(nèi)容,簡(jiǎn)要介紹什么是焊接結(jié)構(gòu)以及為何要學(xué)習(xí)焊接結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)變形與應(yīng)力的基本知識(shí)研究焊接應(yīng)力與變形的基本假定焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因,2024/3/17,什么是焊接結(jié)構(gòu)以及為何要學(xué)習(xí)焊接結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí),前章介紹的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域從株洲電力機(jī)車公司生產(chǎn)實(shí)際介紹在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)之前的焊接生產(chǎn)工藝與引進(jìn)之后的生產(chǎn)工藝比較通過(guò)學(xué)習(xí)我們可以分析實(shí)際的焊接結(jié)構(gòu)中的各種

2、焊接缺陷、焊接接頭中的脆化區(qū)、軟化區(qū)、各種劣質(zhì)區(qū)等，從而可以合理地設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)，正確選擇焊接材料，采用適宜的焊接設(shè)備及制定正確的焊接工藝，提高焊接質(zhì)量。,2024/3/17,變形與應(yīng)力的基本知識(shí),什么是變形,外力,溫度,,形狀,尺寸,,改變,,,變形,,彈性變形,塑性變形,,在外力或其他因素作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力或其他因素去除后變形也隨之消失，物體恢復(fù)原狀,相反，當(dāng)外力或其他因素去除后，變形仍然存在，即物體不能恢復(fù)到原狀態(tài)下的變形,

3、2024/3/17,舉例說(shuō)明什么是變形（圖1-1板書(shū)詳解）什么是自由變形、自由變形率什么是非自由變形、外觀變形率及內(nèi)部變形率,變形與應(yīng)力的基本知識(shí),2024/3/17,什么是應(yīng)力,什么是應(yīng)力,什么是內(nèi)力,,,由外力或其他因素引起物體內(nèi)部之間的相互作用力,單位截面積上的內(nèi)力,,,1.工作應(yīng)力2.內(nèi)應(yīng)力,變形與應(yīng)力的基本知識(shí),2024/3/17,內(nèi)應(yīng)力詳解,變形與應(yīng)力的基本知識(shí),,,內(nèi)應(yīng)力是在沒(méi)有外力的條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力,

4、,內(nèi)應(yīng)力,,產(chǎn)生的原因,,溫度應(yīng)力（熱應(yīng)力）,殘余應(yīng)力,由于構(gòu)件受熱不均勻引起（舉例：金屬框架詳解，此種情況在溫度應(yīng)力不高，即低于材料的屈服極限，框架里不產(chǎn)生塑性變形）,如果不均勻溫度場(chǎng)所造成的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限，使局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)溫度恢復(fù)到原始的均勻狀態(tài)后產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力即殘余應(yīng)力,2024/3/17,什么是焊接應(yīng)力與焊接變形,變形與應(yīng)力的基本知識(shí),內(nèi)應(yīng)力,焊接應(yīng)力,焊接變形,焊接過(guò)程中的某一瞬時(shí)值,焊接

5、后殘留于焊件中的值,焊接瞬時(shí)應(yīng)力,焊接瞬時(shí)變形,焊接殘余應(yīng)力,焊接殘余變形,,,,2024/3/17,研究焊接應(yīng)力與變形的基本假定,為何在研究焊接應(yīng)力與焊接變形時(shí)提出基本假定，以及在其他科學(xué)研究中提出假定的必要性研究焊接應(yīng)力與變形提出哪幾種假定,2024/3/17,平截面假定金屬性能不變假定材料內(nèi)部組織均勻性假定金屬屈服點(diǎn)與溫度關(guān)系的簡(jiǎn)化處理（圖1-2板書(shū)詳解）,研究焊接應(yīng)力與變形的基本假定,2024/3/17,焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)

6、生的原因,影響焊接應(yīng)力與變形的原因,焊件的受熱不均勻,焊縫金屬的收縮、金相組織的變化及焊件本身的剛性不同,焊縫位置、焊接順序、焊接電流、焊接方向等,2024/3/17,1.焊件不均勻受熱時(shí)應(yīng)力與變形的產(chǎn)生,均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形,,不受約束,均勻,加熱,冷卻,加熱過(guò)程中不產(chǎn)生任何內(nèi)應(yīng)力,冷卻后也不會(huì)殘留熱核殘余應(yīng)力與殘余變形,,2024/3/17,焊件不均勻受熱時(shí)應(yīng)力與變形的產(chǎn)生,均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形,受約束,均勻,加熱,冷卻,t

7、<ts,t>ts,加熱過(guò)程中的變形全部為彈性變形,內(nèi)部變形由彈性變形+塑性變形,,t<ts,t>ts,溫度恢復(fù)后，桿件自由收縮到原始尺寸，應(yīng)力全部消失,,1.如果能充分自由收縮,2.如果桿件受到絕對(duì)約束,3.如果桿件的收縮不充分（實(shí)際情況）,,2024/3/17,典型長(zhǎng)板條構(gòu)件中心加熱時(shí)的應(yīng)力與變形情況（補(bǔ)充焊接時(shí)的溫度分布,并通過(guò)板書(shū)詳解圖1-3 P5）典型長(zhǎng)板條構(gòu)件一側(cè)加熱時(shí)的應(yīng)力與變形情況（通過(guò)板書(shū)詳

8、解圖1-4 P6）,焊件不均勻受熱時(shí)應(yīng)力與變形的產(chǎn)生,2024/3/17,焊縫金屬在冷卻過(guò)程中的體積不能自由收縮引起由于焊接時(shí)的高溫電弧使金屬在加熱及冷卻過(guò)程中發(fā)生相變，產(chǎn)生了不同的金相組織，由于此組織的比體積不相同而引起與焊件本身的剛性及周圍的約束引起不同的變形程度,焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的其他因素,2024/3/17,第二節(jié) 焊接變形,焊接殘余變形的種類及其影響因素預(yù)防焊接變形的措施校正焊接殘余變形的方法,2024/3/17

9、,1.焊接殘余變形的種類及其影響因素,焊接殘余變形的五種基本變形形式一. 收縮變形,由于焊縫及其附近區(qū)域在焊接高溫的作用下產(chǎn)生縱向的壓縮塑性變形，當(dāng)焊接冷卻后該區(qū)域產(chǎn)生收縮而引起,橫向收縮變形與縱向收縮基本相同，但是影響的因素較多：線能量、接頭形式、裝配間隙、板厚等,2024/3/17,縱向收縮變形的影響因素,焊縫的長(zhǎng)度焊件的橫截面積大小焊接材料的彈性模量焊件中產(chǎn)生壓縮塑性變形的區(qū)域面積大小產(chǎn)生壓縮塑性的變形率,2024/3/

10、17,縱向收縮變形的規(guī)律及措施,焊件的橫截面積越大—焊件的縱向收縮量越小焊縫的長(zhǎng)度越長(zhǎng)—焊件的縱向收縮量越大焊接時(shí)的熱輸入越大—縱向收縮越大焊件的原始溫度越高—焊件的縱向收縮量越大焊件材料的線膨脹系數(shù)越大—焊件的縱向收縮量越大,采用間斷焊縫代替連續(xù)焊縫,采用多層焊接工藝代替單層焊(補(bǔ)充),焊接時(shí)提高焊件的初始溫度，可降低壓縮塑性的變形量,選擇線膨脹系數(shù)較小的材料進(jìn)行焊接,2024/3/17,縱向及橫向收縮量的計(jì)算,1. 單層對(duì)接

11、焊縫,,焊縫的橫截面積,焊件的橫截面積,焊縫的長(zhǎng)度,板厚,K1為系數(shù)，與焊接方法和材料有關(guān),2024/3/17,縱向及橫向收縮量的計(jì)算,2. 多層對(duì)接焊縫,,第一層焊縫的橫截面積,焊件的橫截面積,焊縫的長(zhǎng)度,屈服應(yīng)變值,焊縫層數(shù),2024/3/17,焊接線能量增大—橫向收縮量增大裝配間隙增大—橫向收縮量增大橫向收縮量的分布規(guī)律：沿著焊接長(zhǎng)度方向由小到大，隨后趨于穩(wěn)定。焊縫金數(shù)量填充量增加—橫向收縮量增大熱輸入、焊材板厚及坡口角度