山东大学：《过程装备焊接结构》课程教学资源_第三章 焊接变形与应力 Stress and reform of welding

Chapter3焊接变形与应力 Stress and reform of welding 本章重点:1杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力 2长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力 3焊接残余变形 4预防和矫正残余变形的方法 5焊接残余应力 6焊接残余应力的调节及消除措施 本章难点:1杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力 2长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力 3焊接残余变形 4焊接残余应力

Chapter 3 焊接变形与应力 Stress and reform of welding 本章重点：1.杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力 2.长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力 3.焊接残余变形 4.预防和矫正残余变形的方法 5.焊接残余应力 6.焊接残余应力的调节及消除措施 本章难点：1.杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力 2.长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力 3.焊接残余变形 4.焊接残余应力

3.1焊接应力与变形的基本概念 焊接应力产生的原因及分类1 宏观应力:在整个焊接范围平衡的应力 1.按应力的 2微观应力:在晶粒范围内相互平衡的应力 分布范围|3超微观应力:在晶格范闺平衡的应力 2根据结构中门单向应力应力沿构件的一个方向作用 的空间位置12双向应力应力沿构件的两个方向作用 3三向应力:应力沿构件的三个方向作用

3.1 焊接应力与变形的基本概念 1.按应力的 分布范围 2.根据结构中 的空间位置      超微观应力：在晶格范围平衡的应力 微观应力：在晶粒范围内相互平衡的应力 宏观应力：在整个焊接范围平衡的应力 3. 2. 1. 焊接应力产生的原因及分类 1      三向应力：应力沿构件的三个方向作用 双向应力：应力沿构件的两个方向作用 单向应力：应力沿构件的一个方向作用 3. 2. 1

焊痿应力产生的原因及分裘2 3.根据应力与焊纵向应力:应力作用方向与焊缝平行 缝的相对位置2横向应力:应力作用方向与焊缝垂直 4根据应力产生1瞬时应力:焊接过程出现的应力 作用的时间12残余应力:焊后留下的应力 5根据应力温度应力由件不均匀热引起的力 2拘束应力:由于焊件热变形受到拘束引起的应力 形成原因组织应力由于接头金属组织转变时体积变化受阻

焊接应力产生的原因及分类 2 3.根据应力与焊 缝的相对位置 4.根据应力产生 、作用的时间 5.根据应力 形成原因    横向应力：应力作用方向与焊缝垂直 纵向应力：应力作用方向与焊缝平行 2. 1.    残余应力：焊后留下的应力 瞬时应力：焊接过程出现的应力 2. 1.      组织应力：由于接头金属组织转变时体积变化受阻 拘束应力：由于焊件热变形受到拘束引起的应力 温度应力：由于焊件不均匀加热引起的应力 3. 2. 1

焊接变形产生原因及分类1 1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。 △Lr=a·Lo·[1-10 单位长度的自由变形量: △L a·[T1- 0

焊接变形产生原因及分类 1 1.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。 单位长度的自由变形量： [ ] LT L0 T1 −T0  =   =    =  L0 LT T [ ] T1 −T0

焊接变形产生原因及分类2 2外观变形:当金属物在温度变化过程中受到阻碍, 不能完全的自由变形,把能表现出来的这部分变 形,称为外观变形 △L 0 3内部变形:把未表现出来的那部分变形,称为内 部变形 △L △L=△0-△L

焊接变形产生原因及分类 2 2.外观变形：当金属物在温度变化过程中受到阻碍， 不能完全的自由变形，把能表现出来的这部分变 形，称为外观变形 。 3.内部变形：把未表现出来的那部分变形，称为内 部变形 ； 0 0 0 L L  = L = L0 −LT L0 L  =

焊接残余变形的基本裘型 1纵向收缩变形:构件焊后在平行焊缝的方向上尺寸缩短 2.横向收缩变形:构件焊后在垂直焊缝的方向上尺寸缩短 3.弯曲变形:由于焊缝的布置偏离焊件的形心轴 4角变形:焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移 5波浪变形:焊后构件程波浪形,在焊薄板中岀现 6错边变形:两焊件热膨胀不一致,所引起的长度或 厚度方向上的错边

焊接残余变形的基本类型             厚度方向上的错边 错边变形：两焊件热膨胀不一致，所引起的长度或 波浪变形：焊后构件程波浪形，在焊薄板中出现 角变形：焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移 弯曲变形：由于焊缝的布置偏离焊件的形心轴 横向收缩变形：构件焊后在垂直焊缝的方向上尺寸缩短 纵向收缩变形：构件焊后在平行焊缝的方向上尺寸缩短 6. 5. 4. 3. 2. 1

纵向槓应收缩变形 L-A d 轼向和横向收缩交形

纵向横向收缩变形

角变形、弯茁变形和波浪变形 角变形 A AL B B-B 弯曲变形 失稳变形

角变形、弯曲变形和波浪变形

杆件的均与加亵和冷却过程中的变 形和应力 简化假定: 1.金属材料的性参数 E 是与温度变化无关的参数 2.金属的相变温度很高,不考虑组织应力 3材料屈服极限与温度变化关系

杆件的均匀加热和冷却过程中的变 形和应力 • 简化假定： 1. 金属材料的性参数 是与温度变化无关的参数 2. 金属的相变温度很高，不考虑组织应力 3. 材料屈服极限与温度变化关系 、C、、E、 S 、 b 、

不同拘束茶件下杆件均与加热、冷 却时的变形和应力 1.杆件在无拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的 变形和应力 T 杆件一端固定的自由热变形

不同拘束条件下杆件均匀加热、冷 却时的变形和应力 1.杆件在无拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的 变形和应力 杆件一端固定的自由热变形  T = 0 t T