第十四章焊接應(yīng)力與變形焊接時(shí),由于局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻最終導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應(yīng)力與變形■第一節(jié)焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生■第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力第三節(jié)焊接變形第一節(jié)焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的基本知識(shí)研究焊接應(yīng)力與變形的基本假定焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因焊接應(yīng)力與變形的基本知識(shí)1.變形:物體在外力或溫度等因素的作用下,其形狀和尺寸發(fā)生變化,這種變化稱為物體的變形。變形可分為彈性和塑性變形。按拘束條件分為自由變形和非自由變形;而非自由變形中有外觀變形和內(nèi)部變形兩種,如圖1-1。2應(yīng)力:物體受外力作用后所導(dǎo)致物體內(nèi)部之間的相互作用力按引起內(nèi)力原因的不同,可分為工作應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力的顯著特點(diǎn):在物體內(nèi)部,內(nèi)應(yīng)力是自成平衡的,形成一個(gè)平衡力系3焊接應(yīng)力與焊接變形:焊接應(yīng)力是焊接過程中及焊接過程結(jié)束后,存在于焊件中的內(nèi)應(yīng)力焊接變形是由焊接而引起的焊件尺寸的改變。返回△L是自由變形:△L=LLo(如圖a)△Le是外觀變形,△L是內(nèi)部變形△L=△L-△Le(如圖b)er是自由變形率er=△Ir/Lo=(T-To)外觀變形率E=△Le/Lo圖1-1金屬桿件的變形0自由變形b非自由變形內(nèi)部變形率e=△L/Lo研究焊接應(yīng)力與變形的基本假定金屬在焊接過程中,其物理性能和力學(xué)性能都會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化,為了分析問題方便,對(duì)金屬材料焊接應(yīng)力與變形作以下假定1.平截面假定:假定構(gòu)件在焊前所取的截面,焊后仍保持平面。2.金屬性質(zhì)不變的假定:假定在焊接過程中材料的某些熱物理性質(zhì)不隨溫度而變化3金屬屈服點(diǎn)假定:如圖1-2。4焊接溫度場(chǎng)假定:假定焊接溫度場(chǎng)不隨時(shí)間而改變。實(shí)線在500℃以下,屈服點(diǎn)與常溫相同,不隨溫度而變化;500℃-600℃之間,屈服點(diǎn)迅速下降600℃以上時(shí)呈全塑性狀態(tài),即屈服點(diǎn)為零圖1-2低碳鋼的屈服點(diǎn)與溫度的關(guān)系焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因1.焊件的不均勻受熱2.焊縫金屬的收縮3金屬組織的變化:鋼在加熱與冷卻過程中發(fā)生相變可得到不同的組織,這些組織的比體積不一樣,由此造成焊接應(yīng)力與變形。4.焊件的剛性和拘柬:焊件自身的剛性及受周圍的拘束程度越大,焊接變形越小,焊接應(yīng)力越大焊件的不均勻受熱(1)不受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形:冷卻后不會(huì)有任何殘余應(yīng)力與變形。(2)受約束的桿件在均勻加熱時(shí)的應(yīng)力與變形1)當(dāng)加熱溫度T<T時(shí),冷卻后即不存在殘余變形也不存在殘余應(yīng)力2)當(dāng)加熱溫度T>Ts時(shí),可能出現(xiàn)以下三種情況a)如果桿件能充分自由收縮,那么桿件中只出現(xiàn)殘余變形面無殘余應(yīng)力。b)如果桿件受絕對(duì)拘束,那么桿件中沒有殘余變形而存在較大的殘余應(yīng)力c)如果桿件收縮不充分,那么桿件中既有殘余應(yīng)力又有殘余變形(3)長板條中心加熱引起的應(yīng)力與變形:如圖1-3。(4)長板條一側(cè)加熱引起的應(yīng)力與變形:如圖1-4。下一頁dx圖1-3鋼板條中心加熱和冷卻時(shí)的應(yīng)力與變形a)原始狀態(tài)b)、c)加熱過程d)、e)冷卻過程返回圖