焊接应力与变形幻灯片.pptxVIP

三节 应力集中与工件的断裂焊接接头可能存在的缺陷：焊接接头可能存在的缺陷：非平面缺陷：气孔、夹渣——对断裂的影响程度一般低于平面缺陷。气孔链状气孔内侧未熔合内部未熔合单个夹杂线状夹渣 影响焊接接头性能的主要因素1.焊接缺陷：焊接裂纹、熔合不良、咬边、夹渣、气孔 2.接头形状不连续性3.焊接残余应力和变形4.材质5.焊后热处理6.焊接材料焊条和焊丝等7.焊接方法8.焊接工艺焊接电流、电弧电压、焊接速度和线能量等的总称为工艺参数① 焊接工艺缺陷、冶金缺陷、夹渣、气孔、咬边、未焊透均会引起应力集中、其中咬边、未焊透较为严重。② 不合理的焊缝外形。不同焊缝形状会引起不同程度的应力集中。③不合理的接头设计：不同接头型式引起应力集中不同。④焊缝布置不合理。⑤焊接残余应力。⑥制造过程中的缺陷。 图3-16 平板对接接头余高对应力分布的影响图3-15 平板对接接头应力分布（二）T形接头（十字形接头）的工作应力分布十字接头有熔透和未熔透两种：① 未熔透的十字接头，在焊趾和焊根处有较大的应力集中系数，其中以焊根处为最大。② 熔透的十字接头有较小的应力集中系数。图3-12 十字接头应力分布根据受力方向，可将搭接接头角焊缝分为：正面角焊缝-------与受力方向垂直的角焊缝侧面角焊缝-------与受力方向平行的角焊缝斜向角焊缝-------与受力方向呈一定角度的角焊缝 1.正面搭接角焊缝 与力作用方向垂直的焊缝① 焊缝根部A点、焊趾B点应力集中严重② 焊趾B点的应力集中系数随角焊缝的斜边的夹角 而改变③ 减小 、增大熔深焊透根部和增大底边焊脚长度，可使 减小图3-13 斜向搭接角焊缝图3-14 侧面搭接角焊缝3.斜向搭接角焊缝事例拖车底盘下腹板为了降低应力集中，下腹板对接设计成∠对接 同一种材料在不同条件下可以显示出不同的破坏形式。最重要的影响因素是温度、应力状态和加载速度。温度越低，加载速度越大、材料应力状态越严重，则产生脆性断裂的倾向就越大。 （一）应力状态的影响 当材料处于三向拉应力下，呈现脆性。在实际结构中，三向拉应力应该由三向载荷产生，但更多的情况下是由于几何不连续性引起的。虽然整个结构处于单轴双向拉应力状态下，但其局部区域由于设计不佳，工艺不当，往往出现形成局部三轴应力状态的缺口效应。因此，脆断事故一般都起源于具有严重应力集中效应的缺口处。 同一种材料在不同条件下可以显示出不同的破坏形式。最重要的影响因素是温度、应力状态和加载速度。温度越低，加载速度越大、材料应力状态越严重，则产生脆性断裂的倾向就越大。 （一）应力状态的影响 当材料处于三向拉应力下，呈现脆性。在实际结构中，三向拉应力应该由三向载荷产生，但更多的情况下是由于几何不连续性引起的。虽然整个结构处于单轴双向拉应力状态下，但其局部区域由于设计不佳，工艺不当，往往出现形成局部三轴应力状态的缺口效应。因此，脆断事故一般都起源于具有严重应力集中效应的缺口处。 （二）温度的影响 　随着温度的降低，焊接结构的破坏方式会发生变化，即从延性破坏变为脆性破坏。当温度降至某一临界值时，将出现塑性到脆性断裂的转变，此为脆性转变温度。脆性转变温度高，则脆性倾向严重。（三）加载速度的影响 　试验证明，加载速度越快，焊接结构越容易发生脆性断裂。在同样加载速率下，当结构中有缺口时，应变速率可呈现出加倍的不利影响。因为此时有应力集中的影响，应变速率比无缺口高得多，从而大大降低了材料的局部塑性。 （四）材料状态的影响 　 材料状态包括材料厚度、晶粒度和化学成分等方面。 　1．厚度的影响。厚板在缺口处容易形成三轴拉应力，因此容易使材料变脆。 　2．晶粒度的影响。对于低碳钢和低合金结构钢，晶粒度越细，其脆性转变温度越低。 3．化学成分的影响。钢中的C、N、O、H、S、P会增加钢的脆性；另一些元素如Mn、Ni、Cr、V，如果加入量适当，则有助于减少钢的脆性。 — 缺口效应 在缺口处产生应力集中，其数值为平均应力的几倍。缺口的存在导致缺口效应的存在键槽、油孔、螺纹、焊缝、毛刺等图4-15 试件的缺口尺寸 对于焊接接头的缺口状态，人们常用应力线分布，来清楚地进行表示。 图4-16 有无缺口应力曲线分布对比图4-17 对接和角焊缝的应力集中缺口越尖锐、曲率越小应力集中越严重。K=σmax/σm二、焊接结构制造工艺特点对脆断的影响 （六）焊接缺陷对脆断的影响 焊接接头中，大约40％的脆断事故是从焊接缺陷处开始的。在外载作用下，裂纹前沿附近会产生少量塑性变形，同时尖端有一定量的张开位移，使裂纹缓慢发展，当外载增加到某一临界值时，裂纹即以高速度扩展，此时裂纹如位于高值拉应力区，往往引起整个结构的脆性断裂。 　除去裂纹以外，其他焊接缺陷，如咬边、未焊透、焊缝表面成形不良等，都会产生应力集中和可能引起脆