鋼結(jié)構(gòu)焊接制造b課件

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1、2021/6/29第2章焊接應(yīng)力與變形2.1焊接應(yīng)力與變形內(nèi)力----物體受到外力作用時和加熱引起物體內(nèi)部之間相互作用的力，稱內(nèi)力。單位截面積上的內(nèi)力稱為內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力----在沒有外力的條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力。按產(chǎn)生原因分類有：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、塑變應(yīng)力。2021/6/29熱應(yīng)力----是指在加熱過程中，焊件內(nèi)部溫度有差異所引起的應(yīng)力，故又稱溫差應(yīng)力。相變應(yīng)力----是指在加熱過程中，局部金屬發(fā)生相變，使比容增大或減小而引起的應(yīng)力。塑變應(yīng)力----是指金屬局部發(fā)生拉伸或壓縮塑性變形后引起的內(nèi)應(yīng)力。2021/6/291.溫度應(yīng)力—由于不均勻受熱2021/6/292.變形彈性變形

2、塑性變形自由變形非自由變形（包括外觀變形和內(nèi)部變形）。彈性變形、自由變形----應(yīng)力為0，變形為0；塑性變形----理想狀態(tài)應(yīng)力為0，變形為0；否則不為0。2021/6/29自由變形：?LT=?0L0(T1-T0)?LT——自由變形量；L0——原長；?0——金屬材料的線脹系數(shù)；T1——加熱的溫度；T0——原始溫度。?T==?(T1-T0)2021/6/29非自由變形?L=(?LT-?Le)?L—內(nèi)部變形未表現(xiàn)出的那部分變形?Le—外觀變形表現(xiàn)出的那部分變形（滿足自由變形規(guī)律）2021/6/293.研究焊接應(yīng)力與變形基本假定(1)平截面假定：構(gòu)件變形時整個橫截面是平行移動或轉(zhuǎn)動；(2

3、)金屬性能不變的假定：物理性能不隨溫度的變化而變化。(2)金屬屈服點的假定：可見低碳鋼溫度大于600℃內(nèi)應(yīng)力為零.2021/6/292.2焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因1.不受約束的自由桿件均勻加熱和冷卻時應(yīng)力變形結(jié)論:沒有殘余應(yīng)力和殘余變形.應(yīng)用：焊接生產(chǎn)采用整體預(yù)熱和后熱,可以減少殘余應(yīng)力.2021/6/292.受拘束件在熱循環(huán)中的應(yīng)力與變形（1）若?????s（彈性變形）加熱時：T??應(yīng)力??s?;冷卻時：T??應(yīng)力??s?.2021/6/29（2）若???≥?s,TMax＜500℃加熱時：T??應(yīng)力??s?，εp壓縮塑性變形;冷卻時：T??應(yīng)力??s=0，εp拉伸塑性變形2021

4、/6/29（3）若???≥?s溫度大于600℃若金屬板條是互不相連的小窄條，則變形為圖2-2a所示。但金屬因整體變形保持一致，故實際變形為圖2-2b。加熱時，出現(xiàn)中心受壓應(yīng)力，兩側(cè)受拉應(yīng)力。冷卻后，若加熱應(yīng)力〈?S，則無內(nèi)應(yīng)力；若加熱應(yīng)力〉則中心受壓，兩側(cè)受拉。高溫區(qū)應(yīng)力為0變形不為02021/6/293長板條不均勻受熱時的應(yīng)力和變形（1）三個板條加熱、冷卻自由變形當(dāng)三個板條均處于自由狀態(tài)，對B板條進行加熱時，B獨立伸長，板條A、C未受熱，所以長度無變化。2021/6/29（2）三個板條加熱、冷卻非自由變形2021/6/29（3）中心加熱實驗的應(yīng)力與變形2021/6/29中心加熱實

5、驗的應(yīng)力與變形2021/6/29結(jié)論1、板條中心對稱加熱時，板條中產(chǎn)生溫度應(yīng)力，中心受壓兩邊受拉。2、若不產(chǎn)生壓縮塑性變形，?????s則冷卻后內(nèi)應(yīng)力消失，平板復(fù)原，沒有殘余變形。3、若?????s，當(dāng)溫度恢復(fù)到原始狀態(tài)時，有殘余應(yīng)力，中心受拉兩側(cè)受壓。且有殘余變形。其方向與加熱時相反。2021/6/29（4）非對稱加熱應(yīng)力與變形2021/6/29焊后產(chǎn)生應(yīng)力與變形2021/6/294焊接引起的內(nèi)應(yīng)力及變形（1）焊接應(yīng)力與變形的特殊性2021/6/29（2）焊接應(yīng)力變形的演變過程2021/6/29焊接應(yīng)力變形的演變過程2021/6/29（3）焊接熱應(yīng)變循環(huán)組織應(yīng)力2021/6/29

6、（4）焊接瞬態(tài)應(yīng)力變形2021/6/29計算機模擬焊接應(yīng)力2021/6/292021/6/29小結(jié)在平板條中心堆焊，由于板條在焊接過程中是一個不均勻受熱的整體，焊接時沿焊縫長度產(chǎn)生伸長變形，焊縫及其附近產(chǎn)生壓應(yīng)力；遠離焊縫區(qū)的兩側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力。焊接結(jié)束后，板條產(chǎn)生縮短的殘余變形，同時在焊縫及其附近產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；遠離焊縫區(qū)兩側(cè)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。（1）根據(jù)應(yīng)力與焊縫的相對位置（2）根據(jù)應(yīng)力形成原因2.3焊接殘余應(yīng)力及分布2021/6/29焊接殘余應(yīng)力平行焊縫軸線方向的應(yīng)力稱縱向殘余應(yīng)力，垂直焊縫軸線的應(yīng)力為橫向殘余應(yīng)力，厚度方向的殘余應(yīng)力。在厚度小于20mm的對接接頭結(jié)構(gòu)中，厚度方向應(yīng)力

7、較小。2021/6/29（橫截面）1.縱向殘余應(yīng)力2021/6/29（1）焊縫長度對縱向應(yīng)力（縱截面）的影響2021/6/29（2）T形接頭的縱向應(yīng)力分布2021/6/29（3）對接圓筒環(huán)焊縫的縱向殘余應(yīng)力（切向應(yīng)力）如直徑為1200mm，壁厚為6mm的低碳鋼圓筒，環(huán)縫中的為210N/mm2，而直徑為384mm，壁厚也為6mm的圓筒環(huán)焊縫中的為115N/mm2。2021/6/292.橫向應(yīng)力橫向殘余應(yīng)力有兩部分組成：一部分是由焊縫及其附近塑性區(qū)的縱向收縮引起的橫向應(yīng)力