焊接应力课件讲解.pptx

模块三焊接应力;焊接残余应力的分布主要取决于构件的形状、接头形式和尺寸。

典型的焊件形状和接头形式如图2-45所示。;对于大多数中、薄厚度的焊接构件来说，焊接接头的残余应力基本上是双向应力，即为平面应力状态，接头厚度方向的残余应力很小，可以忽略。

只有在高拘束度的厚壁接头中，厚度方向的残余应力才达到较高数值。

;1．纵向残余应力的分布;宽度相等的两板对接时，其纵向残余应力在焊件横截面上的分布情况如图2-46所示。

;板边堆焊时，其纵向残余应力在焊缝横截面上的分布如图2-47所示。

;两块不等宽度的板对接时，应力分布情况：

若宽度相差越大，宽板中的应力分布越接近于板边堆焊时的情况。

若两板宽度相差较小时，其应力分布近似于等宽板对接时的情况。

;纵向应力在焊件纵截面上的分布规律如图2-48所示。

在焊件纵截面端头由于拘束很小，纵向应力为零，焊缝端部存在一个残余应力过渡区，焊缝中段是残余应力稳定区。

当焊缝较短时，不存在稳定区，焊缝越短，?x越小。;2．横向残余应力的分布;（1）纵向收缩引起的横向应力?y’

如图2-49a所示，的平板对接焊，假想沿焊缝中心将构件切开，两块板条都相当于板边堆焊，将出现如图2-49b所示的弯曲变形。要使两板条恢复到原来位置，必须在焊缝中部加上横向拉应力，在焊缝两端加上横向压应力。

由此推断，焊缝的纵向收缩引起的横向应力?y’，必然为两端为压应力，中间为拉应力，如图2-49c所示。;焊缝长度对?y’的影响：

各种长度的平板条对接焊，其的分布规律基本相同，但焊缝越长，中间部分的拉应力将有所降低，如图2-50所示。;（2）横向收缩所引起的横向应力?y’’

在焊接结构上，一条焊缝不可能同时完成，先焊的部分先冷却，后焊的部分后冷却。

先冷却的部分会限制后冷却部分的横向收缩，这就引起了?y’’。

?y’’的分布与焊接方向、分段方法及焊接顺序等因素有关。

;图2-51为不同焊接方向时?y’’的分布

如图2-51a中，中间部分比两端先焊先收缩，则两端部分的横向收缩受到中间部分的限制，因此中间部分为压应力，两端部分为拉应力；

在图2-51b中，情??相反，中间部分为拉应力，两端部分为压应力。

;3．特殊情况下的残余应力分布;（2）在拘束状态下焊接残余应力

焊件受到横向刚性拘束，如图2-53a所示。

焊后产生了横向拘束应力，其分布如图2-53b所示。

构件无拘束时的横向应力，其分布如图2-53c所示。

二者相叠加，结果在焊件中产生了合成横向应力，如图2-53d所示。;（3）封闭焊缝中残余应力

在板壳结构中经常遇到接管、镶块和人孔法兰等封闭焊缝焊接，它们是在较大拘束下焊接的，内应力都较大。

封闭焊缝残余应力的大小，与焊件和镶入体本身的刚度有关，刚度越大，内应力也越大。

图2-54所示为圆盘中焊入镶块后的残余应力，?θ为切向应力，?r为径向应力。;从图2-54b图中曲线可以看出，径向应力均为拉应力，切向应力在焊缝附近最大，为拉应力，由焊缝向外侧逐渐下降为压应力，由焊缝向中心达到一均匀值。

在镶块中部有一个均匀的双轴应力场，镶块直径越小，外板对它的约束越大，这个均匀双轴应力值就越高。

;（4）焊接梁柱中的残余应力

图2-55所示为T形梁、工字梁和箱形梁纵向残余应力的分布情况。

对于此类结构可以将其腹板和翼板分别看作是板边堆焊或板中心堆焊加以分析，一般情况下焊缝及其附近区域中总是存在有较高的纵向拉应力，而在腹板的中部则会产生纵向压应力。;（5）环形焊缝中的残余应力

管道对接时，环形焊缝中的焊接残余应力分布比较复杂，当管径和壁厚之比较大时，环形焊缝中的应力分布与平板对接相类似，如图2-56所示，但焊接残余应力的峰值比平板对接焊要小。;二、焊接残余应力对焊接结构的影响;三、减小焊接残余应力的措施;1．设计措施;如图2-57所示容器与接管之间连接接头的两种形式，插入式连接的拘束度比翻边式的大。

插入式的焊缝上可能产生双向拉应力，且达到较高数值；

而翻边式的焊缝上主要是纵向残余应力。;2．工艺措施;（1）采用合理的装配焊接顺序和方向

1）在一个平面上的焊缝，焊接时应保证焊缝的纵向和横向收缩均能比较自由。

如图2-58的拼板焊接，合理的焊接顺序应是按图中l～10施焊，即先焊相互错开的短焊缝，后焊直通长焊缝。;2）收缩量最大的焊缝先焊。

因为先焊的焊缝收缩时受阻较小，因而残余应力就比较小。

如图2-59所示的带盖板的双工字梁结构，应先焊盖板上的对接焊缝l，后焊盖板与工字梁之间的角焊缝2，原因是对接焊缝的收缩量比角焊缝的收缩量大。;3）工作时受力最大的焊缝先焊。

如图2-60所示的大型工字梁，应先焊受力最大的翼板对接焊缝l，再焊腹板对接焊缝2，最后焊预先留出来的一段角焊缝3。;4）注意平面交叉焊缝的焊接顺序

如图2