第三章焊接應(yīng)力一、焊接應(yīng)力與變形把焊接過程中焊件中產(chǎn)生的隨時間變化的變形和內(nèi)應(yīng)力分別稱為焊接瞬時變形和焊接瞬時應(yīng)力。把焊后焊件冷卻至室溫時仍留存在焊件中的變形和應(yīng)力分別稱為焊接殘余變形和焊接殘余應(yīng)力。焊接應(yīng)力和變形的基本概念第三節(jié)焊接殘余應(yīng)力3.1焊接殘余應(yīng)力的分類

1.直接應(yīng)力由于不均勻加熱和冷卻而引起，取決于加熱和冷卻時的溫度梯度，是形成焊接殘余應(yīng)力的主要原因。

2.間接應(yīng)力由焊前加工狀況所造成的應(yīng)力。如焊前構(gòu)件經(jīng)軋制或拉拔產(chǎn)生的應(yīng)力，會疊加到焊接殘余應(yīng)力上去。此外，焊件受外界約束產(chǎn)生的拘束應(yīng)力也屬于此類應(yīng)力。

3.組織應(yīng)力焊接接接頭區(qū)產(chǎn)生不均勻的組織轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的應(yīng)力，也就是相變造成的比容變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。

焊接殘余應(yīng)力生成機理熱應(yīng)力相變應(yīng)力微觀應(yīng)力宏觀應(yīng)力超微觀應(yīng)力分布區(qū)域雙向應(yīng)力單向應(yīng)力三向應(yīng)力作用方向焊縫位置切向應(yīng)力徑向應(yīng)力軸向應(yīng)力橫向應(yīng)力縱向應(yīng)力厚度方向應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生1、焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的機理焊接殘余應(yīng)力是由上述多種因素交互作用的結(jié)果。僅就內(nèi)拘束度的效應(yīng)而言，焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生機理：焊接熱輸入引起材料不均勻局部加熱，使焊縫區(qū)熔化；而臨近熔池的高溫區(qū)材料的熱膨脹則受到周圍材料的限制，產(chǎn)生不均勻的壓縮塑性變形；在冷卻過程中，已發(fā)生塑性變形的這部分材料（如長焊縫的兩側(cè)）又受到周圍條件的制約，而不能自由收縮，在不同程度上被拉伸形成拉應(yīng)力；與此同時，熔池凝固，形成的焊縫金屬冷卻收縮受阻時也將產(chǎn)生相應(yīng)的拉應(yīng)力。這樣，在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生了縮短的不協(xié)調(diào)應(yīng)變，與其相對應(yīng)，在構(gòu)件中會形成自身相平衡的內(nèi)應(yīng)力。而焊后，在室溫條件下殘留于焊件中的內(nèi)應(yīng)力稱為焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的機理第三節(jié)焊接殘余應(yīng)力3.2焊接殘余應(yīng)力的分布㈠縱向殘余應(yīng)力（平行于焊縫軸線方向的應(yīng)力）第三節(jié)焊接殘余應(yīng)力在實際焊接結(jié)構(gòu)中，如果將長焊縫適當(dāng)分段進行焊接，將會減小焊件中的殘余應(yīng)力第三節(jié)焊接殘余應(yīng)力第三節(jié)焊接殘余應(yīng)力水平板與立板高之比較小水平板與立板高之比較大，越接近長條板中心堆焊㈡橫向應(yīng)力（垂直于焊焊縫軸線線方向的的應(yīng)力））第三節(jié)焊焊接殘殘余應(yīng)力力+1、縱向收收縮引起起的2、橫向收收縮的不不同時性性第三節(jié)焊焊接殘殘余應(yīng)力力+焊件長寬寬比增加加時，可可能隨之之增大焊縫足夠夠長時，，中間拉拉應(yīng)力降降低，趨趨于零的的傾向。。第三節(jié)焊焊接殘殘余應(yīng)力力橫向收縮縮的不同同時性在焊接末段部位產(chǎn)生生橫向拉伸應(yīng)力力。最終橫向應(yīng)力力是由上上述兩種種應(yīng)力合合成的，，因此，，從減小總總橫向應(yīng)應(yīng)力來看看，應(yīng)盡盡量采用用由中間向向兩端施施焊。第三節(jié)焊焊接殘殘余應(yīng)力力根部：橫向向殘余應(yīng)力力大，大大大超過材料料的屈服點點焊縫表面：：縱向、橫橫向均比中中心部位大大厚度方向殘殘余應(yīng)力較較小，可能能為壓應(yīng)力也可能為拉。3.3焊接殘余應(yīng)應(yīng)力的影響響㈠內(nèi)應(yīng)力對對靜載強度度的影響塑性材料在平面應(yīng)力力狀態(tài)：無影響第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力脆性材料或或脆性狀態(tài)態(tài)內(nèi)應(yīng)力與外外載疊加，，承載能力下降，甚至至斷裂。第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力（二）內(nèi)應(yīng)力對剛剛度的影響響第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力㈢內(nèi)應(yīng)力對對機械加工工精度和尺尺寸穩(wěn)定性性的影響第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力左：T形梁切削-應(yīng)力釋放-內(nèi)應(yīng)力重新新分布-撓曲右：焊接齒齒輪箱油孔孔，加工第第2孔變形影響響1孔精度第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力3.4減小小焊接殘余應(yīng)力的措施（一）設(shè)計計措施正確布置焊焊縫，從而而避免應(yīng)力力疊加，降降低應(yīng)力峰峰值1.在保證證焊件強度度的前提下下，盡量減減少焊縫數(shù)數(shù)量和減小小焊縫尺寸寸2.避免焊焊縫過分集集中，焊縫縫間應(yīng)保持持足夠的間間距。第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力盡可能避免免設(shè)計交叉叉焊縫第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力避免管孔焊焊縫與相鄰鄰焊縫的HAZ重合焊縫間距大大于三倍鋼鋼板厚度，，且不小于于100mm3.焊縫不不要布置在在高應(yīng)力區(qū)區(qū)及斷面突突變的地方方,以避免應(yīng)力力集中第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力焊接承受拉拉力的連接接板時，連連接板直角-圓弧過渡，減小應(yīng)力力集中。4.采用剛剛性較小的的接頭形式式對管接頭頭第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力翻邊-插入管5.在殘余余應(yīng)力為拉拉應(yīng)力的區(qū)區(qū)域內(nèi)，幾幾何的不連連續(xù)性會造造成應(yīng)力集中，，使內(nèi)應(yīng)力力在該處進進一步增高高，應(yīng)避免免幾何不連連續(xù)性。（二）工藝藝措施1.采用合理的的焊接順序序和方向基本原則：：讓大多數(shù)數(shù)焊縫在剛剛性較小的的情況下施施焊，以便便都能自由由收縮而降降低焊接應(yīng)應(yīng)力。第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力先焊對接焊焊縫1，后焊角焊縫縫2，以此使對對接焊縫1能自由收縮縮，減小內(nèi)內(nèi)應(yīng)力。為提高焊接接接頭強度度，先焊在在工作時受受力較大的焊縫，使內(nèi)應(yīng)力合合理分布（（壓應(yīng)力））。第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力先翼緣1再腹板2最后角焊縫縫3拼板時先焊焊短縫，再再焊直通長縫，使焊焊縫有較大大的橫向收收縮余地。。第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力2.降低接接頭局部的的拘束度第三節(jié)焊焊接殘余應(yīng)應(yīng)力反變形左：平板少少量翻邊右：鑲塊壓壓凹3.在結(jié)構(gòu)適當(dāng)當(dāng)部位加熱熱使之伸長長4.隨焊錘擊或或