第4节 焊接残余应力和焊接残余变形1

1、第4节 焊接残余应力和焊接残余变形  1.焊接残余应力 2.焊接残余变形 3.减少焊接残余应力和残余变形的方法知识点讲解(点击开始播放) 一、概述 为了说明简便 , 先看下图 (a) 、 (b) 所示两种情况。 图 3-4-1-1 1. 弹性阶段 (a) 图所示情况 : 加热后由于构件端部受到约束不能自由伸长 l ( 虚线所示位置 ), 截面产生压应力 , 但当压应力较小 , 即 t2 < f y , 可以认为钢材处于弹性阶段即变形是可以恢复的 , 也就是说即使将右边支座去除 , 构件仍能达到虚线位置 . 当冷缩至常温时 , 构件缩短 l . 这样 , 经过

2、温度从 t 1 t 2 t 1 的过程 , 假想最后去除右边支座 , 构件仍为原长 l , 再将右边支座安上并不产生约束应力 . 2. 塑性阶段 一旦 t2 f y , 钢材已进入弹塑性阶段即变形是不完全可以恢复的 , 也就是说即使将右边支座去除 , 构件仍不能达到虚线位置 ( 不妨假设进入全塑性 , 变形完全不能恢复 ). 当冷缩至常温时 , 构件从长度为 l 开始缩短 l . 这样 , 右边支座的约束相当于用一个拉力将其拉长到原长 l . 可见 , 经过温度从 t 1 t 2 t 1 的过程 , 构件截面上将残留拉应力 . 上面是就左右两支座间的距离不随温度变化而变化的情况而言的 , 如果

3、将支座 、 构件视为一个整体 , 通过上述两种情况的对比可以得出如下结论。残余应力的产生必须同时具备 : 局部升温 ( 构件升温 )； 局部塑态 ( 构件进入塑性状态 )。 焊接完全具备上述条件 , 故必然引起残余应力 , 称为焊接残余应力。二、焊接残余应力 以下图所示的焊缝为例 , 介绍焊接残余应力的种类及大体分布。 图 3-4-1-2 1. 纵向焊接残余应力 应力方向与焊缝长度方向一致的焊接残余应力 , 如上图 (b) 所示 。2. 横向焊接残余应力 应力方向与焊缝长度方向垂直的焊接残余应力 , 如上图 (c) 所示。 需要指出的是 : 施焊顺序对横向焊接残余应力是有影响的 , 以下图所示

4、焊缝为例 , 看两种施焊顺序相反对横向焊接残余应力的影响。图 3-4-1-3 从上图可以看出 ,(a) 图的施焊顺序的残余应力方向与横向焊接残余应力方向相反 , 起到减少横向焊接残余应力的作用；(b) 图的施焊顺序的残余应力方向与横向焊接残余应力方向相同 , 起到增加横向焊接残余应力的作用。 3. 沿厚度方向的焊接残余应力 当被焊件较厚，则在厚度方向也会产生明显的非均匀温度场。在厚钢板的焊接连接中，焊缝往往需要多层施焊。焊缝与钢板接触面和与空气接触面散热较快而先冷却硬结，而内部的焊缝后冷却，后冷却的焊缝收缩变形受到外面已冷却焊缝的阻碍，因而形成中间受拉，四周受压的应力状态 ( 图 3-4-1-

5、4 ) 。加上纵向、横向残余应力，厚焊件的焊缝内部有可能形成三向拉应力场，将大大降低连接的塑性，对焊缝工作极为不利。 图 3-4-1-4 厚板中的焊接残余应力 需要指出的是 : 焊接残余应力是自相平衡的 , 即拉应力的合力 ( 或者拉应力图形的面积 ) 等于压应力的合力 ( 或者压应力图形的面积 ) 三、焊接残余应力对构件承载力的影响 1. 焊接残余应力对构件的静力强度无影响 以下图 (a)( 无焊接残余应力 ) 、 (b)( 有焊接残余应力进行分析如下。 图 3-4-1-5 N 1u =bt f y =t(b f y )=t 1 N 2u = tdb=t db=t d 2 =t 2 1 = 2 N 1u = N 2u 即焊接残余应力对构件的静力强度无影响。2. 焊接残余应力将降低构件的刚度 焊接残余应力将降低构件的刚度 , 从而降低构件的稳定性 详第四章第三节 。 3. 焊接残余应力会降低构件的疲