焊接应力与变形.ppt

第一章 焊接应力与变形,第一节 焊接应力与变形的产生 第二节 焊接残余应力 第三节 焊接变形,一.焊接应力与变形的基本知识,1.焊接变形 物体在外力作用下或温度等因素的作用下,其形状和尺寸发生变化,这种变化称为物体的变形.,一.焊接应力与变形的基本知识,2.应力 物体受到外力的作用导致物体内部之间的相互作用力称为内力.作用在单位面积上的内力叫应力.,3.焊接应力和焊接变形 存在焊件的内应力叫焊接应力.焊接引起的焊件变形叫焊接变形.,二.研究焊接应力与变形的基本假定,1.平截面的假定 2.金属性质不变的假定 3.金属屈服点的假定 4.焊接温度场假定,三.焊接应力与变形产生的原因,1.焊件受热不均匀 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,焊接应力与变形产生的原因,其中最根本的原因是焊件受热不均匀,其次是由于焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件的钢度不同所致。,焊件受热不均匀,1 不受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形 2 受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形 3 长板条加热引起的应力与变形 4 长板条一侧加热引起的应力与变形,钢板条中心加热和冷却时的应力与变形,第二节 焊接残余应力,一.焊接残余应力的分类 二.焊接残余应力的分布 三.焊接残余应力对焊接结构的影响 四.减小焊接残余应力的措施 五.消除焊接残余应力的方法 六.焊接残余应力的测定,一.焊接残余应力的分类,1 按应力在焊件内的空间位置分 一维空间应力 二维空间应力 三维空间应力,2.按应力存在的时间分 焊接瞬时应力 焊接残余应力,二.焊接残余应力的分布,1. 纵向残余应力的分布 作用方向平行于焊缝轴线的残余应力称为纵向残余应力 2 . 横向残余应力的分布 垂直于焊缝轴线的残余应力称为横向残余应力 3. 特殊情况下的残余应力分布 见下图,3.特殊情况下的残余应力分布,(1). 厚板中的焊接残余应力 (2). 在拘束状态下的焊接残余应力 (3). 封闭焊缝中的残余应力 (4).焊接梁柱中的残余应力 (5). 环行焊缝中的残余应力,厚板中的焊接残余应力,在拘束状态下的焊接残余应力,封闭焊缝中的残余应力,三.焊接残余应力对焊接结构的影响,1. 对焊接结构强度的影响 2. 对构件加工尺寸的影响 3. 对受压杆件稳定性的影响,四.减小焊接残余应力的措施,1 设计措施 尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸 避免焊缝过分集中,焊缝间应保持足够的距离采用钢度较下的接头形式 2 工艺措施 采用合理的装配顺序和方向预热法冷焊法降低焊缝的据束度加热“减应区”法,五.消除焊接残余应力的方法,1 热处理法 整体热处理法局部热处理法 2 机械拉伸法 拉伸载荷越高,残余应力消除越彻底 3 温差拉伸法 采用局部加热形成的温差来拉伸压缩变形区 4 锤击法 锤击时应注意施力适当,以免施力过大 5 振动法 振动法设备简单,价廉,节省能源,处理费用低.,六.焊接残余应力的测定,1 机械方法 切条法 钻孔法 2 物理方法 磁性法 x射线法 超声波法,第三节 焊接变形,一.焊接变形的种类及其影响因素 二.控制焊接变形的措施 三.矫正焊接变形的方法,一.焊接变形的种类及其影响因素,1.收缩变形 纵向收缩变形 横向收缩变形 2.角变形 角变形的大小与焊接热输入,板厚,焊件的刚性有关 3. 弯曲变形 纵向收缩引起的弯曲变形f =ML 横向收缩引起的弯曲变形 4. 波浪变形 防止措施降低焊接残余压应力 提高焊件失稳临界应力 5. 扭曲变形 产生扭曲的主要是焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀,二.控制焊接变形的措施,1.设计措施 1)选择合理的焊缝形状和尺寸 2)减少焊缝的数量 3)合理安排焊缝位置 2.工艺措施 1)留余量法 2)反变形法 3)刚性固定法 4)选择合理的装配顺序 5)合理的选择焊接方法和焊接参数 6)热平衡法 7)散热法,三.矫正焊接变形的方法,1 手工矫正法 主要用于矫正一些小型简单焊件的弯曲变形和薄板的波浪变形 2 机械矫正法 利用机器或工具来矫正焊接变形 3 火焰矫正法 点状加热线状加热三角加热,第二章 焊接接头及其静载强度,第一节 焊接接头的类型 第二节 电弧焊接头的工作应力 第三节 焊接接头的静载强度计算,第一节 焊接接头的类型,一.焊接接头的组成 二.焊缝及焊接接头的基本形式,一.焊接接头的组成,焊接接头是由焊缝金属、熔合区、热影响区组成,不均匀性和应力集中是焊接接头的两个基本属性,二.焊缝的基本形式,1、对接焊缝 对接焊缝的接头可采用卷边。平对接或加工成U形，V形，X形，K形等坡口,二.焊缝的基本形式,2、角焊缝 角焊缝按截面行状可分为平角焊缝,凹角焊缝,凸角焊缝和不等腰角焊缝,三.焊接接头的基本形式,1 对接接头,2 搭接接头,三.焊接接头的基本形式,3 T形接头,三.焊接接头的基本形式,4 角形接头,第二节 电弧焊接头的工作应力,一 应力集中 二 电弧焊接接头的工作应力分布,一 应力集中,为了表示焊接接头工作应力分布的不均匀程度，引入应力集中,焊接接头中产生应力集中的原因,1.焊缝中有工艺缺陷 2.焊缝外形不合理 3.焊接接头设计不合理,二 电弧焊接接头的工作应力分布,1 对接接头 如果余高太大，虽然使焊缝截面增厚，但却使应力集中程度也增加，因此生产中应适当控制余高，不应该以增加余高的方法来增加焊缝的承载能力 2 T形接头 由一个T形接头焊缝向母材金属过渡较急剧，接头在外力作用下线扭曲很大，造成应力分布极不均匀，在角焊缝的根部和过渡处，易产生很大的应力集中 3 搭接接头搭接接头中，根据搭接角焊缝受力的方向，可以将搭接角焊缝分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜向角焊缝,第三节 焊接接头的静载强度计算,一.工作焊缝和联系焊缝 二.焊接接头强度计算的假设 三.电弧焊接头的静载强度计算 四.焊缝许用应力,一.工作焊缝和联系焊缝,一种焊缝与被连接的元件是串联的,它承担着传递全部载荷的作用,即焊缝一旦断开,结构就立即失效,这种焊缝为工作焊缝. 一种焊缝与被连接的元件是并联的,它传递很小的载荷,主要起元件之间相互联系的作用,一旦断裂,结构不会立即失效,这种焊缝称为联系焊