第十一章-焊接应力与变形课件.ppt

第第第第1111章章章章 焊接应力与变形焊接应力与变形焊接应力与变形焊接应力与变形l l学习目标学习目标学习目标学习目标掌握内应力及其产生机理、焊接条件下应力与变形的产生掌握内应力及其产生机理、焊接条件下应力与变形的产生掌握内应力及其产生机理、焊接条件下应力与变形的产生掌握内应力及其产生机理、焊接条件下应力与变形的产生演变过程；演变过程；演变过程；演变过程；了解焊接残余应力与变形的分布规律、对焊接结构力学性了解焊接残余应力与变形的分布规律、对焊接结构力学性了解焊接残余应力与变形的分布规律、对焊接结构力学性了解焊接残余应力与变形的分布规律、对焊接结构力学性能的影响及控制、消除焊接残余应力与变形的方法能的影响及控制、消除焊接残余应力与变形的方法能的影响及控制、消除焊接残余应力与变形的方法能的影响及控制、消除焊接残余应力与变形的方法l l主要内容主要内容主要内容主要内容第第第第1 1节节 焊焊接接接接应应力和力和力和力和变变形的形成形的形成形的形成形的形成过过程程程程第第第第2 2节节 焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形2024/9/18第十一章 焊接应力与变形1第第第第1 1节节 焊焊接接接接应应力和力和力和力和变变形的形成形的形成形的形成形的形成过过程程程程一、内应力与内部变形的基本概念一、内应力与内部变形的基本概念一、内应力与内部变形的基本概念一、内应力与内部变形的基本概念1 1、内应力及产生的原因、内应力及产生的原因、内应力及产生的原因、内应力及产生的原因l l 内应力内应力内应力内应力：在没有任何外力作用下，平衡于弹性体内的应力。

在没有任何外力作用下，平衡于弹性体内的应力在没有任何外力作用下，平衡于弹性体内的应力在没有任何外力作用下，平衡于弹性体内的应力 内应力之和与内力矩之和为零内应力之和与内力矩之和为零内应力之和与内力矩之和为零内应力之和与内力矩之和为零l l 内应力的分类内应力的分类内应力的分类内应力的分类：：：：a a、按分布尺度范围分、按分布尺度范围分、按分布尺度范围分、按分布尺度范围分n n宏观应力或第一类应力宏观应力或第一类应力宏观应力或第一类应力宏观应力或第一类应力 n n微观应力或第二类应力微观应力或第二类应力微观应力或第二类应力微观应力或第二类应力 n n超微观应力或第三类应力超微观应力或第三类应力超微观应力或第三类应力超微观应力或第三类应力 2024/9/182第十一章 焊接应力与变形第第第第1 1节节 焊焊接接接接应应力和力和力和力和变变形的形成形的形成形的形成形的形成过过程程程程b b、按产生原因分、按产生原因分、按产生原因分、按产生原因分n n温度应力（热应力）：由于构件受热不均引起的应力温度应力（热应力）：由于构件受热不均引起的应力温度应力（热应力）：由于构件受热不均引起的应力。

温度应力（热应力）：由于构件受热不均引起的应力 n n组织应力：金属发生固态相变所产生的应力组织应力：金属发生固态相变所产生的应力组织应力：金属发生固态相变所产生的应力组织应力：金属发生固态相变所产生的应力n n塑变应力：金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起的塑变应力：金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起的塑变应力：金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起的塑变应力：金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起的内应力C C、按存在方式分、按存在方式分、按存在方式分、按存在方式分n n残余应力：当产生应力的各种因素的作用不复存在时，残余应力：当产生应力的各种因素的作用不复存在时，残余应力：当产生应力的各种因素的作用不复存在时，残余应力：当产生应力的各种因素的作用不复存在时，由于不均匀的塑性形变和不均匀的相变所致，在物体内由于不均匀的塑性形变和不均匀的相变所致，在物体内由于不均匀的塑性形变和不均匀的相变所致，在物体内由于不均匀的塑性形变和不均匀的相变所致，在物体内部依然存在并自身保持平衡的应力部依然存在并自身保持平衡的应力部依然存在并自身保持平衡的应力部依然存在并自身保持平衡的应力n n瞬时应力：某一瞬时由产生应力的各种因素作用而产生瞬时应力：某一瞬时由产生应力的各种因素作用而产生瞬时应力：某一瞬时由产生应力的各种因素作用而产生瞬时应力：某一瞬时由产生应力的各种因素作用而产生的存在于物体内部的应力。

的存在于物体内部的应力的存在于物体内部的应力的存在于物体内部的应力2024/9/183第十一章 焊接应力与变形第第第第1 1节节 焊焊接接接接应应力和力和力和力和变变形的形成形的形成形的形成形的形成过过程程程程2 2、内部变形、内部变形、内部变形、内部变形自由变形自由变形自由变形自由变形 ：没有外界任何阻碍而产生：没有外界任何阻碍而产生：没有外界任何阻碍而产生：没有外界任何阻碍而产生 自由变形率自由变形率自由变形率自由变形率外观变形：受到外界阻碍部分表现出来的变形外观变形：受到外界阻碍部分表现出来的变形外观变形：受到外界阻碍部分表现出来的变形外观变形：受到外界阻碍部分表现出来的变形 外观变形率外观变形率外观变形率外观变形率内部变形：受到外界阻碍而没有表现出来的变形内部变形：受到外界阻碍而没有表现出来的变形内部变形：受到外界阻碍而没有表现出来的变形内部变形：受到外界阻碍而没有表现出来的变形 内部变形率内部变形率内部变形率内部变形率三者关系：三者关系：三者关系：三者关系：ε ε= = ε εe e- -ε εT T 弹弹性范性范性范性范围围内内内内内内内内应应力与内部力与内部力与内部力与内部变变形的关系：形的关系：形的关系：形的关系：σ σ= =E Eε ε=E=E（（（（ε εe e- -ε εT T ））））2024/9/184第十一章 焊接应力与变形二、二、二、二、热热循循循循环环中的中的中的中的应应力与力与力与力与变变形的演形的演形的演形的演变过变过程程程程金属的力学性能随温度的变化金属的力学性能随温度的变化金属的力学性能随温度的变化金属的力学性能随温度的变化 （低碳钢）（低碳钢）（低碳钢）（低碳钢） n nT T<500<500℃℃，，，，σ σs s是常数是常数是常数是常数n nT T=500-600=500-600℃℃，，，，σ σs s急降到急降到急降到急降到0 0n n600600℃℃以上，以上，以上，以上，σ σs s＝＝＝＝0 0第第第第1 1节节 焊焊接接接接应应力和力和力和力和变变形的形成形的形成形的形成形的形成过过程程程程2024/9/185第十一章 焊接应力与变形第第第第1 1节节 焊焊接接接接应应力和力和力和力和变变形的形成形的形成形的形成形的形成过过程程程程1 1、内部、内部、内部、内部应变应变小于屈服小于屈服小于屈服小于屈服应变应变（（（（ | | ε | ε | < <ε ε s s））））2 2、内部、内部、内部、内部应变应变大于屈服大于屈服大于屈服大于屈服应变应变（（（（ | | ε | ε | > >ε ε s s ），），），），T Tmaxmax<500℃<500℃3 3、最高温度大于、最高温度大于、最高温度大于、最高温度大于热热塑性温度塑性温度塑性温度塑性温度（（（（ T Tmaxmax>600℃ >600℃ ））））2024/9/186第十一章 焊接应力与变形第第第第1 1节节 焊焊接接接接应应力和力和力和力和变变形的形成形的形成形的形成形的形成过过程程程程三、三、三、三、焊焊接接接接过过程中程中程中程中应应力和力和力和力和变变形的形成形的形成形的形成形的形成1 1、平板中心加、平板中心加、平板中心加、平板中心加热时热时的的的的纵纵向向向向应应力力力力 和和和和变变形形形形 平面假平面假平面假平面假设设原理：当构件受原理：当构件受原理：当构件受原理：当构件受纵纵向向向向力或弯矩作用而力或弯矩作用而力或弯矩作用而力或弯矩作用而变变形形形形时时，在构，在构，在构，在构件中的平截面始件中的平截面始件中的平截面始件中的平截面始终终保持是平面保持是平面保持是平面保持是平面 板条中心加热时的应力与变形板条中心加热时的应力与变形 2024/9/187第十一章 焊接应力与变形第第第第1 1节节 焊焊接接接接应应力和力和力和力和变变形的形成形的形成形的形成形的形成过过程程程程2 2、、、、焊焊接条件下的接条件下的接条件下的接条件下的应应力和力和力和力和变变形的分布（形的分布（形的分布（形的分布（平板对接焊）平板对接焊）平板对接焊）平板对接焊）n n T T>600>600℃℃区域：区域：区域：区域：σ σs s＝＝＝＝0 0→→无应力无应力无应力无应力 n n 500 500℃℃<

力沿沿沿沿焊缝长焊缝长度方向的分布与度方向的分布与度方向的分布与度方向的分布与焊缝焊缝的的的的长长度等因素有关度等因素有关度等因素有关度等因素有关2024/9/1810第十一章 焊接应力与变形第第第第2 2节节 焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力2 2、横向残余、横向残余、横向残余、横向残余应应力力力力σ σy y 纵纵向收向收向收向收缩缩引起残余引起残余引起残余引起残余应应力力力力σ σy y' ' 2024/9/1811第十一章 焊接应力与变形第第第第2 2节节 焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力横向收横向收横向收横向收缩缩不同不同不同不同时时引起引起引起引起σ σy y" "2024/9/1812第十一章 焊接应力与变形第第第第2 2节节 焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力3 3、厚板中的残余、厚板中的残余、厚板中的残余、厚板中的残余应应力力力力2024/9/18第十一章 焊接应力与变形13z zx xy y第第第第2 2节节 焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力二、二、二、二、焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力对焊对焊接接接接结结构性能的影响构性能的影响构性能的影响构性能的影响1 1、对静载强度的影响、对静载强度的影响、对静载强度的影响、对静载强度的影响焊接残余应力的存在将明显降低脆性材料结构的静载强度。

焊接残余应力的存在将明显降低脆性材料结构的静载强度焊接残余应力的存在将明显降低脆性材料结构的静载强度焊接残余应力的存在将明显降低脆性材料结构的静载强度2024/9/18第十一章 焊接应力与变形14塑性材料塑性材料塑性材料塑性材料脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料第第第第2 2节节 焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力2 2、对机加工精度的影响、对机加工精度的影响、对机加工精度的影响、对机加工精度的影响为了保证加工精度，应对焊件先进行消除应力处理，再进行为了保证加工精度，应对焊件先进行消除应力处理，再进行为了保证加工精度，应对焊件先进行消除应力处理，再进行为了保证加工精度，应对焊件先进行消除应力处理，再进行机械加工机械加工机械加工机械加工3 3、对结构受压稳定性的影响、对结构受压稳定性的影响、对结构受压稳定性的影响、对结构受压稳定性的影响2024/9/18第十一章 焊接应力与变形15第第第第2 2节节 焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力4 4、对刚度的影响、对刚度的影响、对刚度的影响、对刚度的影响 5 5、对应力腐蚀开裂的影响、对应力腐蚀开裂的影响、对应力腐蚀开裂的影响、对应力腐蚀开裂的影响 应应应应力力力力腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀开开开开裂裂裂裂是是是是拉拉拉拉伸伸伸伸残残残残余余余余应应应应力力力力和和和和腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀介介介介质质质质共共共共同同同同作作作作用用用用下下下下产产产产生裂纹的现象生裂纹的现象生裂纹的现象生裂纹的现象。

2024/9/18第十一章 焊接应力与变形16第第第第2 2节节 焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力三、残余三、残余三、残余三、残余应应力的控制和消除措施力的控制和消除措施力的控制和消除措施力的控制和消除措施1 1、在焊接过程中调节应力、在焊接过程中调节应力、在焊接过程中调节应力、在焊接过程中调节应力ØØ采用合理的焊接顺序和方向采用合理的焊接顺序和方向采用合理的焊接顺序和方向采用合理的焊接顺序和方向尽量让焊缝能自由收缩，一般先焊收缩量大的焊缝；或先尽量让焊缝能自由收缩，一般先焊收缩量大的焊缝；或先尽量让焊缝能自由收缩，一般先焊收缩量大的焊缝；或先尽量让焊缝能自由收缩，一般先焊收缩量大的焊缝；或先焊工作时受力较大的焊缝焊工作时受力较大的焊缝焊工作时受力较大的焊缝焊工作时受力较大的焊缝ØØ减小接头的刚度减小接头的刚度减小接头的刚度减小接头的刚度ØØ采用局部加热法采用局部加热法采用局部加热法采用局部加热法2024/9/18第十一章 焊接应力与变形17第第第第2 2节节 焊焊接残余接残余接残余接残余应应力力力力2 2、焊后消除应力、焊后消除应力、焊后消除应力、焊后消除应力ØØ机械拉伸法机械拉伸法机械拉伸法机械拉伸法ØØ焊后热处理（高温回火）焊后热处理（高温回火）焊后热处理（高温回火）焊后热处理（高温回火）2024/9/18第十一章 焊接应力与变形18第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形一、一、一、一、焊焊接残余接残余接残余接残余变变形的基本形式形的基本形式形的基本形式形的基本形式按按按按照照照照变变变变形形形形的的的的外外外外观观观观形形形形态态态态来来来来分分分分，，，，可可可可分分分分为为为为：：：：收收收收缩缩缩缩变变变变形形形形、、、、角角角角变变变变形形形形、、、、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形弯曲变形、波浪变形和扭曲变形弯曲变形、波浪变形和扭曲变形弯曲变形、波浪变形和扭曲变形2024/9/18第十一章 焊接应力与变形19a)a)收缩变形收缩变形收缩变形收缩变形 b)b)角变形角变形角变形角变形 c)c)翘翘翘翘/ /挠曲变形挠曲变形挠曲变形挠曲变形 d)d)波浪变形波浪变形波浪变形波浪变形 e)e)扭曲变形扭曲变形扭曲变形扭曲变形第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形收收收收缩变缩变形：形：形：形：焊焊件尺寸比件尺寸比件尺寸比件尺寸比焊焊前前前前缩缩短的短的短的短的现现象。

象2024/9/18第十一章 焊接应力与变形20   L L   B B第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形翘翘/ /挠挠曲曲曲曲变变形形形形：：：：焊焊缝缝的的的的中中中中心心心心线线与与与与结结构构构构截截截截面面面面的的的的中中中中性性性性轴轴不不不不重重重重合合合合或或或或不不不不对对称2024/9/18第十一章 焊接应力与变形21第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形角角角角变变形：横向收形：横向收形：横向收形：横向收缩缩沿板厚分布不均匀沿板厚分布不均匀沿板厚分布不均匀沿板厚分布不均匀波浪波浪波浪波浪变变形：板厚小于形：板厚小于形：板厚小于形：板厚小于6mm6mm的薄板的薄板的薄板的薄板结结构构构构 产产生的失生的失生的失生的失稳变稳变形2024/9/18第十一章 焊接应力与变形22第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形错边错边：：：：焊焊件件件件热热膨膨膨膨胀胀不一致扭曲扭曲扭曲扭曲/ /螺旋形螺旋形螺旋形螺旋形变变形：角形：角形：角形：角变变形沿形沿形沿形沿焊缝长焊缝长度方向分布不均匀。

度方向分布不均匀度方向分布不均匀度方向分布不均匀2024/9/18第十一章 焊接应力与变形23点固点固点固点固选择合理的坡口形式选择合理的坡口形式选择合理的坡口形式选择合理的坡口形式第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形二、二、二、二、焊焊接残余接残余接残余接残余变变形的控制与形的控制与形的控制与形的控制与矫矫正正正正1 1、控制措施、控制措施、控制措施、控制措施l l设计设计措施：措施：措施：措施：合理合理合理合理选择焊选择焊件尺寸件尺寸件尺寸件尺寸 合理合理合理合理选择焊缝选择焊缝尺寸和坡口形式尺寸和坡口形式尺寸和坡口形式尺寸和坡口形式 尽量减少不必要的尽量减少不必要的尽量减少不必要的尽量减少不必要的焊缝焊缝 合理安排合理安排合理安排合理安排焊缝焊缝位置位置位置位置2024/9/18第十一章 焊接应力与变形24选择最小的焊缝尺寸选择最小的焊缝尺寸选择最小的焊缝尺寸选择最小的焊缝尺寸第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形l l工工工工艺艺措施：措施：措施：措施：反反反反变变形法形法形法形法2024/9/18第十一章 焊接应力与变形25第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形刚刚性固定法：性固定法：性固定法：性固定法：l l将焊件固定在刚性平台上将焊件固定在刚性平台上将焊件固定在刚性平台上将焊件固定在刚性平台上l l将焊件组合成刚度更大或对称的结构将焊件组合成刚度更大或对称的结构将焊件组合成刚度更大或对称的结构将焊件组合成刚度更大或对称的结构l l利用焊接夹具增加结构的刚度和拘束利用焊接夹具增加结构的刚度和拘束利用焊接夹具增加结构的刚度和拘束利用焊接夹具增加结构的刚度和拘束l l利用临时支撑增加结构的拘束利用临时支撑增加结构的拘束利用临时支撑增加结构的拘束利用临时支撑增加结构的拘束2024/9/18第十一章 焊接应力与变形26第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形合理合理合理合理选择焊选择焊接方法及接方法及接方法及接方法及焊焊接接接接规规范范范范采用合理的装配采用合理的装配采用合理的装配采用合理的装配焊焊接接接接顺顺序序序序2024/9/18第十一章 焊接应力与变形27第第第第3 3节节 焊焊接残余接残余接残余接残余变变形形形形2 2、、、、矫矫正方法正方法正方法正方法机械机械机械机械矫矫正法正法正法正法火焰加火焰加火焰加火焰加热矫热矫正法正法正法正法2024/9/18第十一章 焊接应力与变形28。