4.5-焊接应力与变形2024.pptx

4.5焊接应力与变形;第四章焊接应力与变形;4.5.1概述;;(a)热应力（温差应力）;(b)残余应力;;(c)相变应力;自由变形：当金属物体温度发生变化，或发生了相变，其尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的阻碍而自由的进行。;内部变形：当金属物在温度变化过程中受到阻碍，把未表现出来的那部分变形，称为内部变形;把表现出来的变形成为外观变形。;;金属在焊接过程中，其物理性能和力学性能都会发生复杂的变化，为了分析问题方便，对金属材料焊接应力与变形作以下假定：

1.平截面假定：假定构件在焊前所取的截面，焊后仍保持平面。

2.金属性质不变的假定：假定在焊接过程中材料的某些热物理性质（如：线胀系数、比热容、热导率等）不随温度而变化。

3.焊接温度场假定：假定焊接温度场不随时间而改变。

4.金属屈服点假定：;在500℃以下，屈服点σS与常温相同，不随温度而变化；

500℃~600℃之间，屈服点σS迅速下降至零；

600℃以上时呈全塑性状态，即屈服点为零。

——加热时按此规律进行变化，冷却时也按此规律进行变化;1.焊件的不均匀受热：

2.焊缝金属的收缩：

3.金属组织的变化：钢在加热与冷却过程中发生相变可得到不同的组织，这些组织的比体积不一样，由此造成焊接应力与变形。

4.焊件的刚性和拘束：焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大。;焊件的不均匀受热;图4-10钢板条中心加热和冷却时的应力与变形

a)原始状态b)、c)加热过程d)、e)冷却过程;图4-4钢板边缘一侧加热和冷却时的应力与变形

a)原始状态b)假设各板条的伸长c)加热后的变形

d)假设各板条的收缩e)冷却后的变形;★在长板条正中加热不均匀时的应力和变形;;;;4.5.2焊接应力;纵向应力σx：沿焊缝方向上的应力

横向应力σy：垂直于焊缝方向上的应力

σz：厚度方向上的应力;(1)σx在纵向上的分布;不同长度低碳钢板焊接纵向应力分布;(2)σx在横截面上的分布;(3)圆筒环形焊;;两块平板对接焊件，其纵向应力的分布是焊缝及其附近的塑性变形区为拉应力，两侧为压应力。

若沿焊缝中心将构件一分为二，相当于板边堆焊变形、向外侧弯曲;不同长度平板对接焊时σyˊ的分布

a)短焊缝b)中长焊缝c)长焊缝;;焊缝焊接有先后之分，不同时完成。先焊先冷(受压应力)，后焊后冷(受拉应力)。同时，先冷却的部分有限制后冷却部分的横向收缩。;123;σs;(3)总的σy;厚板中的残余应力：σxσyσz

三者均在厚度方向上有很大不同，不同的焊接工艺差别很大;;;(2)厚板对接焊多层多道焊的三向残余应力;;;;图1-15圆筒环缝纵向残余应力分布;内应力：焊缝及近缝区，拉应力；远离焊缝，压应力

外应力：

总应力：内应力+外应力;塑性材料：有足够的塑性变形能力，无影响;脆性材料：材料发生局部破坏，有影响，降低静载强度;焊接应力稳定性：即焊接应力是否会在长期存放过程中随时间变化，而影响已经加工完毕的工件尺寸的精度。

;原因：焊件在不经过焊后消应力处理，内部存在着相互平衡的应力，当进行机械加工时，如切削掉焊件的一部分承受残余应力金属，则焊件会重新变形（二次变形）以使残余应力重新分布来保持平衡，焊件不断的切削，就会不断的变形，加工精度难以保证。;造成构件尺寸不稳定的原因主要有两方面：

一是蠕变和应力松弛；

二是不稳定组织的存在。

为保证尺寸稳定，焊后要进行热处理，使组织稳定，并使残余应力消除，然后再进行机械加工。;受压焊接柱的弹性区与拉伸残余应力相对应，如果能使残余拉应力区远离截面中性轴，则会大大提高有效截面惯性距，从而提高临界应力。;图4-21残余应力对焊接杆件受压失稳强度的影响;;刚度：构件在外力作用下抵抗变形的能力；伸长单位长度所需的外力。;;外力作用消失，各区的应力均匀下降;假使构件中存在着与外力方向一致的内应力，而内应力的数值又达到，则在外力作用下刚度将降低，而且在卸载后构件的原来尺寸也不能完全恢复。

刚度的降低程度与b/B的比值有关，b所占的比例越大，对刚度的影响也越大。;(2)拉伸残余应力;即焊接构件经过一次加载和卸载后，如再加载，只要其大小不超过前一次，内应力就不再起作用，外载也不影响内应力的分布。

只适用于静载，对频率较高、次数较多的变载荷另当别论，;减小和消除焊接残余应力的方法;容器接管焊缝;图1-18;采用