《第三章钢结构的连接》-课件设计（公开).ppt

§3.4 焊接残余应力和焊接变形 3.4.1 焊接残余应力和变形的原因 1.焊接残余应力的分类 ▲纵向焊接应力：长度方向的应力 ▲横向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且平行于构件表面的应力 ； ▲厚度方向焊接应力：垂直于焊缝长度方向且垂直于构件表面的应力。 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 + - - 500oC 800oC 300oC 300oC 500oC 800oC 施焊方向 8cm 6 4 2 0 2 4 6 8cm 施焊时焊缝附近达1600℃以上，而邻近区域温度骤降。 焊缝周围 产生不均 匀温度场 焊缝处钢材受热伸长，但受两侧低温区域的限制产生热塑性压缩； 焊缝冷却时收缩又受到限制而产生拉应力； 拉应力大小可达钢材屈服点 fy; 远离焊缝区域产生纵向压应力，焊件内应力自相平衡。 （1）纵向焊接残余应力 2.焊接残余应力的成因 - - - - - + + （2）横向焊接残余应力 焊缝纵向收缩，焊件有反向弯曲变形的趋势，在焊缝处中部受拉，两端受压； 先焊焊缝凝固阻止后焊焊缝横向自由膨胀，发生横向塑性压缩变形；焊缝冷却，后焊焊缝收缩受限产生拉应力，先焊焊缝产生压应力； 应力分布与施焊方向有关； 横向应力是上述两种应力合成。 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 (a) 焊缝纵向收缩 时的变形趋势 - + - (b) 焊缝纵向收缩 时的横向应力 x y - + - + (d) 焊缝横向 残余应力 y x - + + 施焊方向 (e) x y - + - 施焊方向 ( f ) y x 不同施焊方向下,焊缝横向收缩时产生的横向残余应力 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 + - + 施焊方向 (c) 焊缝横向收缩 时的横向应力 x y （3）沿厚度方向的焊接残余应力 在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。沿厚度方向先焊焊缝凝固，阻止后焊焊缝的膨胀，产生塑性压缩变形。 - + - 321 σx σy σz 冷却时外围焊缝散热快先冷固，内层焊缝收缩受限制产生沿厚度方向的拉应力，外部则产生压应力。 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 因此除了横向和纵向焊接残余应力?x ，?y外，还存在沿厚度方向的焊接残余应力?z ，这三种应力形成同号三向拉应力，大大降低连接的塑性。 在施焊时，由于不均匀的加热和冷却，焊区的纵向和横向受到热态塑性压缩，使构件产生变形。表现主要有： 图3.4.4 焊接变形 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 横向收缩 弯曲变形 角变形 波浪变形 扭曲变形 3.焊接残余变形的产生 （1）对结构静力强度的影响 σ + - - b fy + - - b fy Ny Ny 因焊接残余应力自相平衡，故： 当板件全截面达到fy，即N=Ny时： 结论： 焊接残余应力不会影响结构的静力强度 + - - fy σ b B t 3.4.2 焊接应力和变形对结构工作性能的影响 1.焊接应力的影响 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 Nc Nt N N （2）对结构刚度的影响 当焊接残余应力存在时，因截面的bt部分拉应力已经达到fy ，故该部分刚度为零（屈服），这时在N作用下应变增量为： σ + - - b fy N N + - - fy σ N N b B t ??1 ?? 2 当截面上没有焊接残余应力时，在N作用下应变增量为： 结论：焊接残余应力使结构变形增大，即降低了结构的刚度。 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 （3）对低温冷脆的影响 （4）对疲劳强度的影响 对于厚板或交叉焊缝，将产生三向焊接残余拉应力，阻碍塑性的发展，使裂缝容易发生和发展，增加了钢材低温脆断倾向。所以，降低或消除焊接残余应力是改善结构低温冷脆性能的重要措施。 在焊缝及其附近主体金属焊接残余拉应力通常达到钢材的屈服强度，此部位是形成和发展疲劳裂纹的敏感区域。因此焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显的不利影响。 对于轴心受压构件，焊接残余应力使其挠曲刚度减小，降低压杆的稳定承载力。 （5）对压杆稳定的影响 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 焊接应力的影响 ▲ 常温下不影响结构的静力强度； ▲ 增大结构的变形，降低结构的刚度； ▲ 降低疲劳强度； ▲ 在厚板或交叉焊缝处产生三向应力状态，阻碍了塑性 变形，在低温下使裂纹易发生和发展； ▲ 降低压杆的稳定性。 2.焊接变形的影响 ▲ 焊接变形若超出验收规范规定，需花许多工时去矫正； ▲ 影响构件的尺寸和外形美观，还可能降低结构的承载 力，引起事故。 §3.4 焊接残余应力和焊接变形 3.4.3 减少焊接应力和变形的措施 1.合理