焊接应力与变形分析课件.pptVIP

焊接应力与变形焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。n第一节焊接应力与变形的产生n第二节焊接残余应力n第三节焊接变形

第一节焊接应力与变形的产生一、焊接应力与变形的基本知识三、焊接应力与变形产生的原因返回

焊接应力与变形的基本知识1.变形：物体在外力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。变形可分为弹性和塑性变形。按拘束条件分为自由变形和非自由变形;而非自由变形中有外观变形和内部变形两种。2.应力：物体受外力作用后所导致物体内部之间的相互作用力。按引起内力原因的不同，可分为工作应力和内应力。内应力的显著特点：在物体内部，内应力是自成平衡的，形成一个平衡力系。3.焊接应力与焊接变形：焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后，存在于焊件中的内应力。焊接变形是由焊接而引起的焊件尺寸的改变。返回

焊接应力与变形产生的原因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。返回

焊件的不均匀受热（1）不受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形：冷却后不会有任何残余应力与变形。（2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形：1）当加热温度TTs时，冷却后即不存在残余变形也不存在残余应力。2）当加热温度TTs时，可能出现以下三种情况：a)如果杆件能充分自由收缩，那么杆件中只出现残余变形面无残余应力。b)如果杆件受绝对拘束，那么杆件中没有残余变形而存在较大的残余应力。c)如果杆件收缩不充分，那么杆件中既有残余应力又有残余变形。（3）长板条中心加热引起的应力与变形：如图1-3。（4）长板条一侧加热引起的应力与变形：如图1-4。下一页

图1-3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)冷却过程返回

d)假设各板条的收缩e)冷却后的变形返回

由上述讨论可知：1）对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形，冷却后，构件必然有残余应力和残余变形。2）通常，焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反。3）焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形，冷却时压缩塑性变形区要收缩。4）焊接过程中及焊接结束后，焊件中的应力分布是不均匀的。焊接结束后，焊缝及其附近区域的残余应力通常是拉应力。返回

减小焊接残余应力的措施1.设计措施（1）尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸：（2）避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的距离：如图1-17（3）采用刚度较小的接头形式：如图1-182.工艺措施（1）采用合理的装配焊接顺序和方向：（2）预热法：（3）冷焊法：尽量采用小的焊接热输入，选用小直径焊条、小电流、快速焊及多层多道焊。（4）降低焊缝的拘束度：如图1-25（5）加热“减应区”法：此法在铸铁补焊中应用最多，如图1-26返回

图1-17容器接管焊缝返回

图1-18焊接管的连接a)插入式b)翻边式返回

采用合理的装配焊接顺序和方向a)应保证焊缝纵向和横向收缩均能比较自由，即先焊相互错开的短焊缝，后焊直通长焊缝，如图1-20b)收缩量最大的焊缝应先焊：如图1-21c)工作时受力最大的焊缝应先焊：如图1-22d)平面交叉焊缝的焊接顺序：如图1-23e)对接焊缝与角接焊缝交叉的结构：如图1-24返回

图1-20拼接焊缝合理的装配焊接顺序162893457返回

图1-21带盖板的双工字梁结构焊接顺序返回

图1-22对接工字梁的焊接顺序返回

a)b)c)图1-23平面交叉焊缝的焊接顺序返回

图1-24对接焊缝与角焊缝交叉返回

a)b)返回图1-25降低局部刚度减少内应力a)平板少量翻边b)镶板压凹

返回

在下列情况中一般应考虑消除内应力1）在运输、安装、起动和运行中可能遇到低温，有发生脆性断裂危险的厚截面焊接结构。2）厚度超过一定限度的焊接压力容器。3)焊后机械加工量较大，不消除残余应力难以保证加工精度的结构。4）对尺寸稳定性要求较高的结构。5）有应力腐蚀危险的结构。下一页

消除焊接残余应力的方法1.热处理法（1）整体热处理（2）局部热处理2.机械拉伸法：在构件上施加一定的拉应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相抵消一部分，达到松弛焊接残余应力的目的。3.温差拉伸法：采用局部加热形成的温差来拉伸压缩塑性变形区。4.锤击焊缝：5.振动法：返回

第三节焊接变形n一、焊接变形的种类及其影响因素n二、控制焊接变形的措施n三、矫正焊接变形的方法返回

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