_焊接应力与变形的产生课件讲解.pptx

模块一焊接应力与变形的产生;一、应力与变形的基础知识;2．变形;物体的变形还可按拘束条件分为自由变形和非自由变形。

自由变形：以图2-1中的一根金属杆为例，当温度为T0时长度为L0，均匀加热，温度上升至T时，若金属杆不受阻，杆的长度会增加至L，其长度的改变ΔLT＝L－L0，ΔLT就是自由变形，如图2-la所示。;非自由变形;3．焊接应力与焊接变形;二、研究应力与变形的几个假定;三、焊接应力与变形产生的原因;1．焊件的不均匀受热;（2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形

受约束杆件的变形属于非自由变形，既存在外观变形，也存在内部变形。此时的应力与变形情况分两种。

条件一：

如果加热温度较低，没有达到材料屈服点温度时（TTs），材料的变形为弹性变形，加热过程中杆件内部存在压应力的作用。

当温度恢复到原始温度时，杆件自由收缩到原来的长度，压应力全部消失，不存在残余变形和残余应力。;条件二：

如果加热温度较高，达到或超过材料屈服点温度时（TTs），则杆件中产生压缩塑性变形，内部变形由弹性变形和塑性变形两部分组成，甚至全部由塑性变形组成（T600℃）。

当温度恢复到原始温度时，弹性变形恢复，塑性变形不可恢复，可能出现以下三种情况：;1）如果杆件加热时自由延伸，冷却时限制收缩，那么冷却后杆件内既有残余应力又有残余变形，如图2-3b所示。;2）如果杆件加热时不能自由延伸，可以自由收缩，那么杆件中没有残余应力只有残余变形，如图2-3c所示。;3）如果杆件受绝对拘束，那么杆件中存在残余应力而没有残余变形，如图2-3d所示。

实际生产中的焊件，与上述的第一种情况相似，焊后既有焊接应力存在，又有焊接变形产生。;（3）长板条中心加热（类似于堆焊）引起的应力与变形

如图2-4a所示的长度为L0，厚度为δ的长板条，材料为低碳钢，在其中间沿长度方向上进行加热。

为简化讨论，我们将板条上的温度区域分为两种，中间为高温区，其温度均匀一致；两边为低温区，其温度也均匀一致。;加热时：如果板条的高温区与低温区是可分离的，高温区将伸长，低温区长度不变，如图2-4b所示。

但实际上板条是一个整体，所以板条将整体伸长，此时高温区内产生较大的压缩塑性变形和压缩弹性变形，如图2-4c所示。;冷却时：由于压缩塑性变形不可恢复，所以，如果高温区与低温区是可分离的，高温区应缩短，低温区应恢复原长，如图2-4d所示。

但实际上板条是一个整体，所以板条将整体缩短，这就是板条的残余变形,如图2-4e所示。

同时在板条内部也产生了残余应力，中间高温区为拉应力，两侧低温区为压应力。;（4）长板条一侧加热（相当于板边堆焊）引起的应力与变形

如图2-5a所示的材质均匀的钢板，在其上边缘快速加热。;假设钢板由许多互不相连的窄条组成，则各窄条在加热时将按温度高低而有不同的伸长，如图2-5b所示。

但实际上，板条是一整体，各板条之间是互相牵连、互相影响的，上一部分金属因受下一部分金属的阻碍作用而不能自由伸长，因此产生了压缩塑性变形。

由于钢板上的温度分布是自上而下逐渐降低，因此，钢板产生了向下的弯曲变形，如图2-5c所示。

同时在钢板中部产生拉应力，钢板两侧产生压应力。;钢板冷却后，各板条的收缩应如图2-5d所示。

但实际上钢板是一个整体，上一部分金属要受到下一部分的阻碍而不能自由收缩，所以钢板产生了与加热时相反的残余弯曲变形，如图2-5e所示。

同时在钢板中部产生压应力，钢板两侧产生拉应力。;结论：;2．焊缝金属的收缩;3．金属组织的变化;4．焊件的刚性和拘束