焊接应力及变形PPT课件

1、第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 不均匀变形引起的残余应力不均匀变形引起的残余应力 2.1 内应力及变形的一些基本概念内应力及变形的一些基本概念第1页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受热杆件的应力和变形 一、基本概念一、基本概念 1.自由变形率自由变形率 2.外观变形率外观变形率 3.内部变形率内部变形率第2页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受热杆件的应力和变形第3页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 二、杆件在热循环中应力与变形的二、杆件在热循环中应

2、力与变形的 演变过程演变过程 1.两端刚性拘束杆件两端刚性拘束杆件 2.膨胀拘束，收缩自由杆件膨胀拘束，收缩自由杆件 3.有自由伸长间隙的杆件有自由伸长间隙的杆件 4.弹性拘束状态下杆件的应力和变弹性拘束状态下杆件的应力和变 形演变过程形演变过程 2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受热杆件的应力和变形第4页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形两端刚性拘束杆件两端刚性拘束杆件2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受热杆件的应力和变形第5页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 两端刚性拘束杆两端刚性拘束杆件件2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受热杆件的应力和变形第

3、6页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 两端刚性拘束杆两端刚性拘束杆件件2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受热杆件的应力和变形第7页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 膨胀拘束，膨胀拘束，收缩自由杆件收缩自由杆件2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受热杆件的应力和变形第8页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 有自由伸长间隙的杆件有自由伸长间隙的杆件2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受热杆件的应力和变形第9页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 有自由伸长间隙的杆件有自由伸长间隙的杆件2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受

4、热杆件的应力和变形第10页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 弹性拘束状态下杆件弹性拘束状态下杆件的应力和变形演变过的应力和变形演变过程程2.2 均匀受热杆件的应力和变形均匀受热杆件的应力和变形第11页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.3 板条不均匀加热的应力和变形板条不均匀加热的应力和变形一一.板条中心加热板条中心加热二二.长板条边缘加热长板条边缘加热三三.焊接过程产生的应力和变形焊接过程产生的应力和变形 1焊接应力及变形的复杂性焊接应力及变形的复杂性 2焊接应力和变形的简化方法焊接应力和变形的简化方法第12页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊

5、接应力与变形 2.3 板条不均匀加热的应力和变形板条不均匀加热的应力和变形一一 板条中心加热板条中心加热第13页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 一一 板条中心加热板条中心加热2.3 板条不均匀加热的应力和变形板条不均匀加热的应力和变形第14页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 二二. 长板条边缘加热长板条边缘加热2.3 板条不均匀加热的应力和变形板条不均匀加热的应力和变形第15页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 二二. 长板条边缘加热长板条边缘加热2.3 板条不均匀加热的应力和变形板条不均匀加热的应力和变形第16页/共77页第二章第二

6、章 焊接应力与变形焊接应力与变形 1焊接应力及变形的复杂性焊接应力及变形的复杂性(1) 温度场极不均匀，温度梯度大。温度场极不均匀，温度梯度大。(2) 金属的力学性能和热物理参数随温度金属的力学性能和热物理参数随温度 不同而发生变化。不同而发生变化。(3 )焊接过程中发生相变，引起物理和力焊接过程中发生相变，引起物理和力 学参量的变化。学参量的变化。(4) 焊接热源移动，焊件各截面上温度分焊接热源移动，焊件各截面上温度分 布是时间的函数。布是时间的函数。2.3 板条不均匀加热的应力和变形板条不均匀加热的应力和变形第17页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2焊接应力和变形的简

7、化方法焊接应力和变形的简化方法(1) 除屈服极限外，金属的物理性能和力除屈服极限外，金属的物理性能和力 学性能都是常数，与温度无关。学性能都是常数，与温度无关。(2) 小于小于500，s不变；不变；500600， s直线下降到零；直线下降到零；600以上，低碳以上，低碳 钢失去抗力，处于完全塑性状态。钢失去抗力，处于完全塑性状态。(3) 不考虑相变产生的应力。不考虑相变产生的应力。(4) 服从平面假设原则。服从平面假设原则。2.3 板条不均匀加热的应力和变形板条不均匀加热的应力和变形第18页/共77页2.3 板条不均匀加热的应力和变形板条不均匀加热的应力和变形焊接应力及变形的演变过焊接应力及变

8、形的演变过程程第19页/共77页焊接应力及变形的演变过程焊接应力及变形的演变过程第20页/共77页焊接热应变循环焊接热应变循环第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.3 板条不均匀加热的应力和变形板条不均匀加热的应力和变形第21页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.4 焊接残余应力焊接残余应力一、焊接残余应力分布一、焊接残余应力分布1、纵向焊接残余应力分布及影响因素、纵向焊接残余应力分布及影响因素（1）焊缝长度的影响）焊缝长度的影响（2）材质的影响）材质的影响（3）钢的相变对纵向残余应力的影响）钢的相变对纵向残余应力的影响第22页/共77页2.4 焊接残余应力焊接

9、残余应力第23页/共77页2.4 焊接残余应力焊接残余应力焊缝长度的影响焊缝长度的影响第24页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.4 焊接残余应力焊接残余应力第25页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.4 焊接残余应力焊接残余应力第26页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.4 焊接残余应力焊接残余应力第27页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.4 焊接残余应力焊接残余应力第28页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 （3）钢的相变对纵向钢的相变对纵向 残余应力的影响残余应力的影响2.4 焊接

10、残余应力焊接残余应力第29页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形横向残余应力的产生横向残余应力的产生 2.4 焊接残余应力焊接残余应力2横向残余应力分布及影响因素横向残余应力分布及影响因素第30页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 横向残余应力的产生横向残余应力的产生 机机理理2.4 焊接残余应力焊接残余应力第31页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 (2) 影响横向残余应力的因素影响横向残余应力的因素 焊缝长度对横向残余应力的影响焊缝长度对横向残余应力的影响2.4 焊接残余应力焊接残余应力第32页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应

11、力与变形 (2) 影响横向残余应力的因素影响横向残余应力的因素 焊接方向和顺序的影响焊接方向和顺序的影响 2.4 焊接残余应力焊接残余应力第33页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 3厚板中的残余应力厚板中的残余应力2.4 焊接残余应力焊接残余应力第34页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 4封闭焊缝产生的内应力封闭焊缝产生的内应力2.4 焊接残余应力焊接残余应力第35页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.4 焊接残余应力焊接残余应力4封闭焊缝产生的封闭焊缝产生的 内应力内应力第36页/共77页5焊接梁、拄的残余应力焊接梁、拄的残余应力

12、第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.4 焊接残余应力焊接残余应力第37页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形二、焊接残余应力对性能的影响二、焊接残余应力对性能的影响1残余应力对静载强度的影响残余应力对静载强度的影响2残余应力对机加工精度和构件尺寸残余应力对机加工精度和构件尺寸 稳定性的影响稳定性的影响 3残余应力对受压杆件稳定性的影响残余应力对受压杆件稳定性的影响4焊接残余应力对刚度的影响焊接残余应力对刚度的影响5残余应力对应力腐蚀开裂的影响残余应力对应力腐蚀开裂的影响第38页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形1残余应力对静载强度的响残余应力对静载

13、强度的响2.4 焊接残余应力焊接残余应力第39页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形3残余应力对受压杆件稳定性的影响残余应力对受压杆件稳定性的影响2.4 焊接残余应力焊接残余应力第40页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形4. 焊接残余应力对刚度的影响焊接残余应力对刚度的影响2.4 焊接残余应力焊接残余应力第41页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形三、减小残余应力的措施三、减小残余应力的措施1采用合理的焊接顺序采用合理的焊接顺序2减小接头刚度减小接头刚度3采用加热减应区法采用加热减应区法4机械拉伸法降低残余应力机械拉伸法降低残余应力5焊后热处理

14、焊后热处理6振动法振动法第42页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形1采用合理的焊接顺序采用合理的焊接顺序2.4 焊接残余应力焊接残余应力第43页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形4机械拉伸法降低残余应力机械拉伸法降低残余应力2.4 焊接残余应力焊接残余应力第44页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形2.4 焊接残余应力焊接残余应力第45页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.5 焊接残余变形焊接残余变形残余变形可分为：残余变形可分为：纵向收纵向收缩变形；缩变形； 横向收缩变形；横向收缩变形；弯曲变形；弯曲变形； 角变形；角

15、变形；回转变形；回转变形； 波浪变形；波浪变形；错边变形；错边变形；螺旋型变形。螺旋型变形。 第46页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第47页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第48页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第49页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第50页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第51页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第52页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第53页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第54页/

16、共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第55页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第56页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第57页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第58页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 第59页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.5 焊接残余变形焊接残余变形第60页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.5 焊接残余变形焊接残余变形第61页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 纵向收缩变形；纵向收缩变形； 横向收缩变形横向收缩

17、变形2.5 焊接残余变形焊接残余变形第62页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 弯曲变形弯曲变形2.5 焊接残余变形焊接残余变形第63页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 弯曲变形弯曲变形2.5 焊接残余变形焊接残余变形第64页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 角变形角变形2.5 焊接残余变形焊接残余变形第65页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 角变形角变形2.5 焊接残余变形焊接残余变形第66页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 角变形角变形2.5 焊接残余变形焊接残余变形第67页/共77页第二章第

18、二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 八、控制焊接残余变形的措施八、控制焊接残余变形的措施 1设计措施设计措施 (1) 合理安排焊缝位置。合理安排焊缝位置。 (2) 合理选择焊缝尺寸和坡口形式。合理选择焊缝尺寸和坡口形式。 (3) 尽量减小不必要的焊缝。尽量减小不必要的焊缝。 第68页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2.5 焊接残余变形焊接残余变形(1) 合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置第69页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 2工艺措施工艺措施（1）反变形法；）反变形法；（2） 预留收缩变形余量；预留收缩变形余量；（3） 刚性固定法；刚性固定法； （4） 合理选择焊接方法和规范；合理选择焊接方法和规范；（5）选择合理的装焊顺序和焊接）选择合理的装焊顺序和焊接 方向。方向。 第70页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 （1） 反变形法反变形法（2） 刚性固定法刚性固定法2.5 焊接残余变形焊接残余变形第71页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 （4） 合理选择焊合理选择焊接接 方法和规范方法和规范2.5 焊接残余变形焊接残余变形第72页/共77页第二章第二章 焊接应力与变形焊接应力与变形 （5）选择合理的装焊选择合理的装焊 顺序和焊接方向。顺序和焊接方向