焊接应力与变形(课堂PPT)
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《焊接应力与变形》课件
《焊接应力与变形》PPT 课件
焊接应力与变形
焊接引言
焊接的定义
焊接是将两个或多个工件通 过加热或压力相互连接的工 艺。
焊接的分类
焊接可以按照不同的连接方 式进行分类，如电弧焊、气 体保护焊、激光焊等。
焊接的应用范围
焊接广泛应用于制造业和建 筑业，用于连接金属和非金 属材料。
焊接基础
1
焊接的原理和机理
减少焊接应力和变形的方法
1
焊接前准备
准确评估焊接件的材料和形状，选择合
焊接参数控制
2
适的焊接工艺。
控制焊接过程中的温度、速度和压力等
参数，以减少应力和变形。
3
焊接残余应力消除
使用热处理、冷却剂和机械加工等方法 消除焊接产生的残余应力。
焊接失效的原因及预防
焊接失效的原因
焊接失效可能由于疲劳、腐蚀、 裂纹和变形等原因导致。
焊接应力的计算方法
可以使用有限元分析、力学模 型和经验公式等方法计算焊接 应力。
焊接变形
1 焊接变形的概念
焊接过程中由于热膨胀和冷却引起的材料形状和尺寸的改变。
2 焊接变形的类型和特点
焊接变形可以分为弯曲、收缩和扭曲等。每种类型都会对焊接件的性能产生影响。
3 焊接变形的计算方法
可以使用有限元分析、弹性力学理论和实验测量等方法计算焊接变形。
焊接失效的分类
焊接失效可以分为静态失效、 动态失效和环境失效等。
焊接失效的预防和控 制
通过合理设计、材料选择和工 艺控制等方法预防和控制焊接 失效。
焊接的质量控制
1
焊接质量控制的目的和意义
确保焊接工艺和产品符合设计和规范要求，提高产品质量。
2
焊接质量控制的方法
焊接应力与变形
焊接引言
焊接的定义
焊接是将两个或多个工件通 过加热或压力相互连接的工 艺。
焊接的分类
焊接可以按照不同的连接方 式进行分类，如电弧焊、气 体保护焊、激光焊等。
焊接的应用范围
焊接广泛应用于制造业和建 筑业，用于连接金属和非金 属材料。
焊接基础
1
焊接的原理和机理
减少焊接应力和变形的方法
1
焊接前准备
准确评估焊接件的材料和形状，选择合
焊接参数控制
2
适的焊接工艺。
控制焊接过程中的温度、速度和压力等
参数，以减少应力和变形。
3
焊接残余应力消除
使用热处理、冷却剂和机械加工等方法 消除焊接产生的残余应力。
焊接失效的原因及预防
焊接失效的原因
焊接失效可能由于疲劳、腐蚀、 裂纹和变形等原因导致。
焊接应力的计算方法
可以使用有限元分析、力学模 型和经验公式等方法计算焊接 应力。
焊接变形
1 焊接变形的概念
焊接过程中由于热膨胀和冷却引起的材料形状和尺寸的改变。
2 焊接变形的类型和特点
焊接变形可以分为弯曲、收缩和扭曲等。每种类型都会对焊接件的性能产生影响。
3 焊接变形的计算方法
可以使用有限元分析、弹性力学理论和实验测量等方法计算焊接变形。
焊接失效的分类
焊接失效可以分为静态失效、 动态失效和环境失效等。
焊接失效的预防和控 制
通过合理设计、材料选择和工 艺控制等方法预防和控制焊接 失效。
焊接的质量控制
1
焊接质量控制的目的和意义
确保焊接工艺和产品符合设计和规范要求，提高产品质量。
2
焊接质量控制的方法
第一章焊接应力与变形PPT课件
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在500℃以下，屈服点与常温相 同，不随温度而变化；500℃ ~600℃之间，屈服点迅速下降； 600℃以上时呈全塑性状态，即
屈服点为零
图1-2 低碳钢的屈服点与温度的关 系
第5页/共80页
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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。
第3页/共80页
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研究焊接应力与变形的基本假定
金属在焊接过程中，其物理性能和力学性能都会发生复杂的变化，为了分析问 题方便，对金属材料焊接应力与变形作以下假定： 1.平截面假定：假定构件在焊前所取的截面，焊后仍保持平面。 2.金属性质不变的假定：假定在焊接过程中材料的某些热物理性质不随温度而变化。 3.金属屈服点假定：如图1-2。 4.焊接温度场假定：假定焊接温度场不随时间而改变。
c)焊接横向残余应力 d)合成横残余应力
第21页/共80页
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图1-13
a)
b)
图1-13 圆形镶块闭焊缝的残余应力 a)封闭焊缝 b) σθ 和σr 的分布
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图1-14
a)
b)
c)
图1-14 焊接梁柱的纵向残余应力分布 a)焊接T形梁的残余应力 b)焊接工字梁的残余应力 c)焊接箱形梁的残余应力
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图1-11
a)
b)
c)
图1-11 厚板电渣焊中沿厚度方向的残余应力分布
焊工工艺学第五版教学课件第六章 焊接应力与变形
薄板焊接的波浪变形
§6-2 焊接残余变形
5．扭曲变形
扭曲变形是指构件焊后两端绕中 性轴相反方向扭转一定角度。它产生 的原因较复杂：装配质量不高，即在 装配之后焊接之前的焊件位置尺寸不 符合图样的要求；构件的零部件形状 不正确而强行装配；焊件在焊接时位 置搁置不当，焊接顺序及方向不当等。 如图所示为工字梁的扭曲变形。
§6-2 焊接残余变形
二、影响焊接残余变形的因素
1．焊缝在结构中的位置
焊缝在结构中布置不对称时，则焊 后会产生弯曲变形，弯曲方向朝向焊缝 较多的一侧。焊缝偏离结构中性轴时， 则焊后会产生弯曲变形，弯曲方向朝向 焊缝一侧；焊缝偏离结构中性轴越远， 则越容易产生弯曲变形，如图所示。
18 第 六 章 焊 接 应 力 与 变 形
焊缝在结构上位置不对称造成的弯曲变形 a）单道焊缝的钢管焊接 b）T 形梁的焊接
§6-2 焊接残余变形
2．焊接结构的刚度 焊接结构的刚度是指焊接结构抵抗变形（拉伸、弯曲、扭曲）的能力。
结构的刚度高，变形就小；结构的刚度低，变形就大。金属结构的刚度主 要取决于结构的截面形状及其尺寸的大小。
（1）结构抵抗拉伸的刚度主要取决于结构截面积的大小。截面积越 大，结构抵抗拉伸的刚度越高，变形就越小。
如图所示为对称的双Y 形坡口对 接接头在不同焊接顺序下角变形的比 较。
23 第 六 章 焊 接 应 力 与 变 形
双Y 形坡口对接接头的角变形 a）合理的焊接顺序 b）不合理的焊接顺序
§6-2 焊接残余变形
4．其他因素
（1）结构材料的线膨胀系数 线膨胀系数大的金属，其焊后变形也大。常用材料中铝、不锈钢、 Q355钢、碳素钢的线膨胀系数依次减小，可见焊后铝的变形最大。 （2）焊接方法 一般气焊的焊后变形比电弧焊的焊后变形大。这是因为气焊时焊件受 热范围大，加上焊接速度慢，使金属受热体积增大，导致焊后变形大。 （3）焊接参数 焊接参数主要指焊接电流和焊接速度，两者直接影响热输入的大小。
焊接应力ppt课件
5
焊缝纵向 焊缝横向
• 以低碳钢板条中
心堆焊为例，讨论
焊接加热与冷却过
程中沿焊缝纵向的
焊接瞬时热应力与
焊缝接焊后及残残H余余A应应Z力力受分拉布
情况。
6
产生焊接应力与变形
原因 焊件局部不均匀加热和冷却，膨胀和收缩受到牵制，相 关部位产生焊接应力并出现变形。
l 焊接中
（+） （-）
（+） l
（-）
㊀㊀⊕
⊕⊕Ɵ
件的能同自时由，收受到缩了，中则心其杆长的反度作理
力度的用均，作匀产用化生。后拉这应，力样热。在应冷力却随后之的消
框失应 压架拉平。缩比应衡中塑原力。就性来与形变短压成形应，力了量其在与。缩框加短架热量中过互就相程是
相反的残余应力场。
金金属属框框架架冷加却热后过的程残中余的应应力力
例2、金属框架的局部加热与冷却
金属框架的局部加热与冷却 平板中心对焊接头的应力
4
只对框架的中心杆件加热，
如两如果侧果加的加热杆热温件不产度加生不热的高，应，中力心加杆超热由过过
但实于温际度上上，升框而伸架长两，侧但的其杆伸长件
阻程材碍受中料到着的的两中应屈侧心力服杆杆件值极的件始限阻的终，碍收低则而缩中于不，能心材自从杆料
而的件使由用屈将进，中服产行产心极生，生杆限压故压件中应，缩心力受则塑杆；到框性件拉架变受应形内压力缩；不作的当会 作产框用生架两，塑温侧而性度杆两变下件侧在形降阻杆，时碍件当，中受框若心到中架杆压伸心的长应杆温 ⊕⊕Ɵ
第五节 焊接变形与焊接应力
加热
与冷 却
受拘束
完全冷却后
瞬时应力
残余应力
与应变
与变形
1
课件-焊接应力资料
内应力平衡：
Y
B
0
dx
0
力矩平衡：
M
B
0
x dx
0
图3-9板条单边加热到不同温度时的应力与变形
6.2.3焊接引起的应力与变形
• 焊接时发生焊接应力和变形的原因是焊件受 到不均匀加热，同时因加热引起的热变形和 组织变形（相变）受到焊件本身刚度的约束。
• 焊接过程中所发生的应力和变形被称为暂态 或瞬态的应力变形，而在焊接完毕和试件完 全冷却后残留的应力和变形，称之为残余或 剩余的应力变形。
**焊缝长度较短时， σx﹤σs焊缝越短纵向应力
σx的数值就越小。（对于低碳钢适用）
图3-18不同焊缝长度σx值的变化
不同尺寸、不同截面上纵向残余应力 σx的分布（对于低碳钢适用）
不同材料上纵向残余应力在横截面上的分布
图3-19 焊缝纵向应力沿板材横向上的分布 a)低碳钢 b)铝合金
2．横向残余应力的分布
则残余应力为：
E
[
' e
f p (x)]
残余应力和变形的平衡条件可表达为：
B
B
C
C
B
2
2
2
2
2
Y
dx E
(‘e p )dx ＝E
‘edx＋E
[
’ e
f p (x)]dx
E
' e
dx
B
B
2
2
B
C
2
• （1）纵向收缩变形 • （2）横向收缩变形
图3-48 纵向和横向收缩变形
第1章焊接应力与变形ppt课件
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• 2、低碳钢焊接温度场
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• 3、焊接应力与变形的演化过程
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• 1.2 焊接剩余应力
一、焊接应力的分类
1、按应力在焊件内的空间位置 分 ：一维、二维、三维空间应力
• 第二类内应力：也称微观内应力，其平衡 范围比前者小得多，相当于晶粒尺寸；
• 第三类内应力：也称超微观内应力，其平 衡范围更小，相当于晶格尺寸。
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3〕平截面假定：假定构件在焊前所截取的截面焊接后仍 不变，即构件只发生伸长、缩短、弯曲，其横截面只 发生平移或偏转，截面本身并不变形。
4〕焊接温度场假定
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焊接应力与焊接变形PPT课件
12
23..1焊加接强应师力资和队变伍形建产设生，的保原障因本科教学质量
2.1 焊接瞬时应力的产生 焊接瞬时应力来源于焊接热源对工件的局部加
热而引起的不均匀温度场，从焊接开始到工件温度 恢复到初始温度以前，焊件中的内应力始终随温度 场的变化而变化。温度场的变化分为两种情况。 2.1.1 加热温度较低不产生塑性变形。 (低碳钢不超过500℃，一般结构钢不超过600℃)
1.3.3 按内应力随时间变化的关系分 类瞬时内应力 应力值的大小和分布随时间而变化
的内应力 残余内应力 应力值和分布不随时间变化，是去除 外力或（和）温差后仍留存在物体内部的应力。
焊接过程产生的内应力属瞬时内应力，焊接结 束后产生的内应力属残余内应力。
111
23..1焊加接强应师力资和队变伍形建产设生，的保原障因本科教学质量
第二类内应力 在金属晶粒尺寸范围内平衡和存 在的内应力，故又称为微观内应力，这是由于相 邻晶粒（或晶块）之间的位相差或各向异向引起 的不均匀塑性变形，在几个晶粒（或晶块）之间 平衡形成的内应力。如图2-2
变图 形 的 三发 个生 晶不 粒均
匀
9
2-2
13..1内加应强力师及资其队分伍类建设，保障本科教学质量
15
23..1焊加接强应师力资和队变伍形建产设生，保原障因本科教学质量
2.2.焊接残余应力和变形的产生
假如构件是均匀加热并能自由收缩，则不产生 残余应力和变形；若均匀加热，由于约束作用，而 产生压缩变形，但能自由收缩，则产生残余变形而 无残余应力；若不均匀加热，同时，不能自由收缩， 则产生残余应力，又产生残余变形，焊接属于最后 一种。
因此，焊接质量在一定程度上决定了工程 质量。
4
概3.述1 加强师资队伍建设，保障本科教学质量
23..1焊加接强应师力资和队变伍形建产设生，的保原障因本科教学质量
2.1 焊接瞬时应力的产生 焊接瞬时应力来源于焊接热源对工件的局部加
热而引起的不均匀温度场，从焊接开始到工件温度 恢复到初始温度以前，焊件中的内应力始终随温度 场的变化而变化。温度场的变化分为两种情况。 2.1.1 加热温度较低不产生塑性变形。 (低碳钢不超过500℃，一般结构钢不超过600℃)
1.3.3 按内应力随时间变化的关系分 类瞬时内应力 应力值的大小和分布随时间而变化
的内应力 残余内应力 应力值和分布不随时间变化，是去除 外力或（和）温差后仍留存在物体内部的应力。
焊接过程产生的内应力属瞬时内应力，焊接结 束后产生的内应力属残余内应力。
111
23..1焊加接强应师力资和队变伍形建产设生，的保原障因本科教学质量
第二类内应力 在金属晶粒尺寸范围内平衡和存 在的内应力，故又称为微观内应力，这是由于相 邻晶粒（或晶块）之间的位相差或各向异向引起 的不均匀塑性变形，在几个晶粒（或晶块）之间 平衡形成的内应力。如图2-2
变图 形 的 三发 个生 晶不 粒均
匀
9
2-2
13..1内加应强力师及资其队分伍类建设，保障本科教学质量
15
23..1焊加接强应师力资和队变伍形建产设生，保原障因本科教学质量
2.2.焊接残余应力和变形的产生
假如构件是均匀加热并能自由收缩，则不产生 残余应力和变形；若均匀加热，由于约束作用，而 产生压缩变形，但能自由收缩，则产生残余变形而 无残余应力；若不均匀加热，同时，不能自由收缩， 则产生残余应力，又产生残余变形，焊接属于最后 一种。
因此，焊接质量在一定程度上决定了工程 质量。
4
概3.述1 加强师资队伍建设，保障本科教学质量
焊接应力与变形ppt课件
σ1数值又达到屈服极限，则在外力作用下，刚度 将降低，而且卸载后构件的原尺寸也不能复员。 6.残余应力对应力腐蚀（开裂）的影响 + 焊接接头区域往往比其他部位的腐蚀速度快， 就是因为该区域存在着较大的焊接残余应力。 + 在拉应力和腐蚀介质共同的作用下引起材料产 生腐蚀的现象称为应力腐蚀。
58
四、减小焊接残余应力的措施
50
3. 厚板焊接接头中的残余应力分布 + 厚板（大于20mm）焊接接头中存在三维的残余应力。
厚板焊接接头中的残余应力分布
51
4.在拘束状态下焊接的残余应力 由于焊接时的焊缝收缩会受到拘束力的制约，产生相
应的内应力，将和自由状态下焊接相似的横向（纵向） 应力叠加。
在拘束状态下焊接的残余应力
52
5.在封闭焊缝中残余应力的分布：
工字梁的扭曲变形 23
焊接残余变形
24
焊接残余变形
1. 设计措施 + （1）合理地选择焊缝
的尺寸和形状（如图） + 在保证结构承载力的
情况下,尽可能采用较小 的焊缝尺寸, 减少热输 入对材料性能的影响, 并降低成本。
25
焊接残余变形
（2）合理选择焊缝长度和 数量
只要允许，多采用型材、 冲压件；焊缝多且密集处，可 以采用铸—焊联合结构，就可 以减少焊缝数量。此外，适当 增加壁板厚度，以减少肋板数 量，或者采用压型结构代替肋 板结构，都对防止薄板结构的 变形有利。
+ 3.残余应力对机械加工精度的影响
机械加工后，原内应力的平衡打破，工件 将产生变形。
机械加工引起内应力释放和变形
55
+ 4.残余应力对受压杆件的影响
波浪变形是构件由于内应力产生构件局部失稳造 成。 当杆件的长细比λ（大于150),失稳临界应力本来 就低,或内应力较低时,外载应力与残余应力之和在 失稳之前未达到屈服极限,残余应力对稳定性不会 产生影响。
58
四、减小焊接残余应力的措施
50
3. 厚板焊接接头中的残余应力分布 + 厚板（大于20mm）焊接接头中存在三维的残余应力。
厚板焊接接头中的残余应力分布
51
4.在拘束状态下焊接的残余应力 由于焊接时的焊缝收缩会受到拘束力的制约，产生相
应的内应力，将和自由状态下焊接相似的横向（纵向） 应力叠加。
在拘束状态下焊接的残余应力
52
5.在封闭焊缝中残余应力的分布：
工字梁的扭曲变形 23
焊接残余变形
24
焊接残余变形
1. 设计措施 + （1）合理地选择焊缝
的尺寸和形状（如图） + 在保证结构承载力的
情况下,尽可能采用较小 的焊缝尺寸, 减少热输 入对材料性能的影响, 并降低成本。
25
焊接残余变形
（2）合理选择焊缝长度和 数量
只要允许，多采用型材、 冲压件；焊缝多且密集处，可 以采用铸—焊联合结构，就可 以减少焊缝数量。此外，适当 增加壁板厚度，以减少肋板数 量，或者采用压型结构代替肋 板结构，都对防止薄板结构的 变形有利。
+ 3.残余应力对机械加工精度的影响
机械加工后，原内应力的平衡打破，工件 将产生变形。
机械加工引起内应力释放和变形
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+ 4.残余应力对受压杆件的影响
波浪变形是构件由于内应力产生构件局部失稳造 成。 当杆件的长细比λ（大于150),失稳临界应力本来 就低,或内应力较低时,外载应力与残余应力之和在 失稳之前未达到屈服极限,残余应力对稳定性不会 产生影响。
哈工大《焊接结构学》方洪渊 第二章 课件
应变片制作精度、 粘贴质量、 粘贴位置和角度误差，仪器误差； h.破坏性小，属于部分破坏性测试方法； i. 测试周期长； j.测试面积大； k.对高强度、高硬度材料打孔困难。
6.激光全息散斑干涉法
激光全息散斑干涉法：一次全息图
激光全息散斑干涉法： 反映应变场的干涉云纹图
激光全息散斑干涉法： 测试结果
4）超声波测量法 测量原理：
应力水平不同导致超声波传播速度的差异 适用范围：测量大尺寸构件内部的三维平均应力
目前尚处于实验室研究阶段，精度低
三、长板条在不均匀温度场作用下的变形和应力
• 研究的前提条件：平面假设原理 • ㈠长板条中心加热
截取板条的单位长度研究
温度低，无塑性变形,应力平衡：
B/2
Y ..dx B / 2
B/2
E [ e f (x)]dx 0 B / 2
温度高，产生塑性变形，残余应力：B NhomakorabeaB
2
2
Y dx E (‘e p )dx
㈢焊接应力应 变的演变过程
㈣焊接热应变循环
近缝区的两种情况a)无相变；b)有相变
（焊缝）金属在高温时的延性和断裂
①脆性温度区 ②热裂纹产生
条件 ③热应变脆化
㈤焊接瞬态应力变形研究的新发展
有限元法和计算机技术的应用取代简单计算
§2－2 焊接残余变形
焊接残余变形的分类：分七类
㈠纵向收缩变形 ㈡横向收缩变形
五、波浪变形
产生原因：受压部位失稳
螺旋形变形
八、预防焊接变形的措施
㈠设计措施 1.合理选择焊缝尺寸和形式
开坡口的好处: 减小变形 节省人力物力
减小焊接变形措施:坡口选取
设计措施之二 2.减少不必要的焊缝
6.激光全息散斑干涉法
激光全息散斑干涉法：一次全息图
激光全息散斑干涉法： 反映应变场的干涉云纹图
激光全息散斑干涉法： 测试结果
4）超声波测量法 测量原理：
应力水平不同导致超声波传播速度的差异 适用范围：测量大尺寸构件内部的三维平均应力
目前尚处于实验室研究阶段，精度低
三、长板条在不均匀温度场作用下的变形和应力
• 研究的前提条件：平面假设原理 • ㈠长板条中心加热
截取板条的单位长度研究
温度低，无塑性变形,应力平衡：
B/2
Y ..dx B / 2
B/2
E [ e f (x)]dx 0 B / 2
温度高，产生塑性变形，残余应力：B NhomakorabeaB
2
2
Y dx E (‘e p )dx
㈢焊接应力应 变的演变过程
㈣焊接热应变循环
近缝区的两种情况a)无相变；b)有相变
（焊缝）金属在高温时的延性和断裂
①脆性温度区 ②热裂纹产生
条件 ③热应变脆化
㈤焊接瞬态应力变形研究的新发展
有限元法和计算机技术的应用取代简单计算
§2－2 焊接残余变形
焊接残余变形的分类：分七类
㈠纵向收缩变形 ㈡横向收缩变形
五、波浪变形
产生原因：受压部位失稳
螺旋形变形
八、预防焊接变形的措施
㈠设计措施 1.合理选择焊缝尺寸和形式
开坡口的好处: 减小变形 节省人力物力
减小焊接变形措施:坡口选取
设计措施之二 2.减少不必要的焊缝
焊接应力及焊接变形讲稿(ppt 35页)
34
• 3、火焰加热矫正法 • 火焰加热矫正法就是利用火焰对焊件进行局部加热，使焊
件产生新的变形去抵消焊接变形。
35
形越小，焊接应力越大；反之，焊件自身的刚性及 受周围的拘束程度越小，则焊接变形越大，而焊接 应力越小。 • 刚性——是指焊件抵抗变形的能力。 • 拘束——是指焊件周围物体对焊接变形的约束。
11
第二节 焊接残余应力及分布
• 一、焊接残余应力 是焊件焊完冷却后残留在焊 件内的焊接应力，焊接残余应力对焊接结构的强 度、耐蚀性和尺寸稳定性等使用性能有影响。
20
21
• 收缩量最大的焊缝应先焊。 • 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1-21所示的带盖板的双工字梁结 构，应先焊盖板上的对接焊缝1，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。
22
23
• 工作时受力最大的焊缝应先焊。如图1-22所示的大型工字 梁，应先焊受力最大的翼板对接焊缝1，再焊腹板对接焊 缝2，最后焊预先留出来的一段角焊缝3。
造成物体内部的不均匀性变形而引起的应力。
4
• 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。
5
• 三、焊接应力与变形产生的原因
• 1、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 其变 形属于自由变形，因此在杆件加热过程中不会产生任何内 应力，冷却后也不会有任何残余应力和残余变形。
• ②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；
• ③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、火焰加热矫正法 • 火焰加热矫正法就是利用火焰对焊件进行局部加热，使焊
件产生新的变形去抵消焊接变形。
35
形越小，焊接应力越大；反之，焊件自身的刚性及 受周围的拘束程度越小，则焊接变形越大，而焊接 应力越小。 • 刚性——是指焊件抵抗变形的能力。 • 拘束——是指焊件周围物体对焊接变形的约束。
11
第二节 焊接残余应力及分布
• 一、焊接残余应力 是焊件焊完冷却后残留在焊 件内的焊接应力，焊接残余应力对焊接结构的强 度、耐蚀性和尺寸稳定性等使用性能有影响。
20
21
• 收缩量最大的焊缝应先焊。 • 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1-21所示的带盖板的双工字梁结 构，应先焊盖板上的对接焊缝1，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。
22
23
• 工作时受力最大的焊缝应先焊。如图1-22所示的大型工字 梁，应先焊受力最大的翼板对接焊缝1，再焊腹板对接焊 缝2，最后焊预先留出来的一段角焊缝3。
造成物体内部的不均匀性变形而引起的应力。
4
• 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。
5
• 三、焊接应力与变形产生的原因
• 1、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 其变 形属于自由变形，因此在杆件加热过程中不会产生任何内 应力，冷却后也不会有任何残余应力和残余变形。
• ②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；
• ③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。
项目7.焊接应力与变形.ppt - 副本
1、对于常见的由于焊接引起的变形 能够分析变形的成因及种类？ 2、思考合理预防焊接变形？
焊ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工艺与实训
作业
1、能够正确分清焊接变形的分类。 2、角变形的定义？ 3、从现实生活中寻找焊接引起的变 形的例子（可附带照片说明）焊接 变形的成因及分类。
焊接工艺与实训
本质 受热不均匀引起形状和尺寸的变形
焊接工艺与实训
第一节 焊接变形
二、焊接变形分类
观察下图各焊件都发生了什么样的变形？
焊接变形
a。纵向收缩和横向收缩 b。弯曲变形 c。角变形 d。波浪变形 e。扭曲变形
焊接工艺与实训
第一节 焊接变形
（1）收缩变形：焊件尺寸比焊前缩短的现象，
定义：
焊件焊后尺寸比焊前缩短的现象称为收缩变形。 它分为纵向收缩变形和横向收缩变形
第一节 焊接变形
（4）波浪变形
常发生于板厚小于6mm的薄板焊接结构中，又称之为失稳变形。
焊接工艺与实训
第一节 焊接变形
（5）扭曲变形
成因：主要是因为焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀所引起的
焊接工艺与实训
课堂小结
本节课我们学到了什么？
1、变形及变形的分类。
2、焊接变形及分类。
焊接工艺与实训
能力提升
特点：
塑性变形：
当外界因素消除后不能能恢复原 状 在外力或温度的作用下产生形 变，当施加的外力或温度撤除或消 失后该物体不能恢复原状的变形成 为塑性变形。
焊接工艺与实训
第一节 焊接变形
二、焊接变形
什么是焊接变形？
1、定义：
钢构件在未受荷载前，由于施焊电弧高温引起的变形为焊接 变形。包括缩短、角度改变、弯曲变形等
2.6瑕瑜互见统筹兼顾---焊接应力与变形
2.6瑕瑜互见统筹兼顾---焊接应力与变形
2.6.1焊接应力和变形产生的原因及引起的危害 3.焊接残余变形的危害
➢（1）降低结构形状尺寸精度和美观。 ➢（2）矫正变形要降低生产率，增加制造成本，并且降低焊接接头的 性能。 ➢（3）焊接变形中产生的角变形、波浪变形及弯曲变形等在外载作用 下会引起应力集中和附加应力，使结构的承载能力下降。 ➢（4）构件在焊后产生的焊接变形，降低整体结构的组对装配质量， 甚至发生强力组装，从而影响到焊接质量。
空
内两个互相垂直的方向上的应力，
间
称为双向应力。
的
3）三向应力：作用在焊件内互相垂
a) 单向应力 b) 双向应力 c) 三向应力
方
直的三个方向的应力，称为三向应
向
力。
分
类
2.6瑕瑜互见统筹兼顾---焊接应力与变形
2.6.2焊接应力的分类与控制 2.减小焊接应力的措施
（1）采用合理的焊接顺序和方向。如图 （2）采用较小的焊接线能量 （3）采用整体预热法 （4）锤击法
（4）选择合理的焊接方法和规范 选择线能量较低的焊接规范，可有效地防止焊接变形。如果在焊接
时，没有条件采用线能量较小的焊接方法，又不能进一步降低规范，则 可采用直接水冷或采用铜冷块来限制和缩小焊接热场的分布，达到减小 变形的目的，但对焊接淬硬性高的材料应慎用。
2.6瑕瑜互见统筹兼顾---焊接应力与变形
根本原因：对焊件局部的、不均匀的加热。
2.6瑕瑜互见统筹兼顾---焊接应力与变形
2.6.1焊接应力和变形产生的原因及引起的危害
2.焊接残余应力的危害
➢（1）焊接应力会引起热裂纹和冷裂纹的产生。 ➢（2）焊接应力促使接触腐蚀介质的结构在使用时易发生应力腐蚀，产生 应力腐蚀裂纹，并导致低应力脆断。 ➢（3）在结构应力集中部位、焊接缺陷较多部位、结构刚性拘束较大的部 位，存在拉伸应力会降低结构使用寿命，并易形成低应力脆断的发生。 ➢（4）有较大焊接残余应力的结构，在长期使用中，由于残余应力逐渐松 弛、衰减会产生一定程度的变形。有焊接残余应力的构件，在机械加工之 后，原来平衡的应力状态改变，导致构件形状在切削加工后形状发生变化， 影响到加工的精度及尺寸的稳定性。 ➢（5）对厚壁结构焊接接头区及立体交叉焊缝交汇处等部位，由于三向应 力的存在，会使材料的塑性变形能力降低，从而降低了结构的承载能力。
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• 如果压应力小于金属材料的屈服点，则当 杆件温度从T1恢复到T0时，若允许杆件自 由收缩，则杆件将恢复到原来长度L0，杆 件中不存在应力。
• 如果杆件温度很高，产生的压应力大于材 料的屈服点，则杆件产生塑性变形”，在 杆件温度恢复到了。的自由收缩结束后， 将比原来缩短，产生了压缩塑性变形。
陈
9
焊接教学 焊接应力与变形的产生
陈
11
焊接教学 焊接应力与变形的产生
三、焊接应力与变形产生的原因
• 根本原因——焊接过程的加热和冷却受到周围冷 金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。
1.杆件的不均匀受热.
（1）长板条中心加热（类 似于堆焊）引起的应力与变 形。
钢板条中心加热和冷却时
的应力与变形 陈
12
焊接教学 焊接应力与变形的产生
（2）长板条一侧加热（相当于板边堆焊）引起 的应力与变形。
几种接头的角变形
T形接头的角变形
陈
19
焊接教学
焊接残余变形
3. 弯曲变形
• 弯曲变形主要是结构上的焊缝布置不对称或焊 件断面形状不对称，焊缝收缩引起的变形。
• 弯曲变形的大小用挠度ｆ进行度量．挠度ｆ是 指焊后焊件的中心轴偏离焊件原中心轴的最大距 离。
陈
20
焊接教学 （1）纵向收缩引起的弯曲变形
焊缝的纵向收缩引起的弯曲变形 （2）横向收缩引起的变曲变形
陈信
1
焊接教学
焊接应力与变形
本节主要内容
一、应力和变形的基础知识； 二、焊接应力与变形的几个假定； 三、焊接应力与变形产生的原因；
陈
2
焊接教学
焊接应力与变形的产生
一、应力与变形的基本知识
内力：变形的抗力 。
➢ 1.应力—物体单位截面上表现的内力。
焊缝的横向收缩引起的弯曲变形
陈
21
焊接教学
4.波浪变形
焊接残余变形
• 波浪变形常发生于板厚小于6mm的薄板焊接过程 中，又称之为失稳变形。
焊缝角变形引起的波浪变形
陈
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焊接教学
焊接残余变形
5.扭曲变形
• 产生扭曲变形的原因主要是焊缝角变形沿焊缝长 度方向分布不均匀。
• 一般发生在有数条平行的长焊缝的焊件上，如焊 接工形梁。扭曲变形的产生往往与焊接方向或顺 序不当有关。
4.焊件的刚性和拘束。
陈
15
焊接教学
焊接残余变形
• 本节主要内容：
• 一、焊接变形的种类 • 二、控制焊接变形的措施 • 三、矫正焊接变形的措施
陈
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焊接教学
焊接残余变形
• 一、焊接变形的种类
• 焊接变形分为5种基本变形形式：收缩变形、 角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。
陈
17
焊接教学
焊接残余变形
陈
7
焊接教学 焊接应力与变形的产生
假如金属杆件在伸长过程中受到阻碍，不能自由地变形，这时的长度变化 量称为外观变形ΔL，，见图b。杆件内部因受压而产生的变形，称为内 部变形ΔL，内部变形在数值上等于自由变形和外观变形之差，即ΔL二ΔLT— ΔLe，此时在金属杆件内将产生压应力。
陈
8
焊接教学 焊接应力与变形的产生
由焊接热过程引起的应力和变形就是焊接应力和焊 接变形。
焊后，当焊件温度降至常温时，残存于焊件中的应 力称为焊接残余应力，焊件上不能恢复的变形称 为焊接残余变形。
陈
5
焊接教学 钢受热时力学性能的变化
为了便于讨论，对于低碳钢材料作如下假设：在0 ～500℃时，屈服点不变，而在500～600℃时， 按直线规律减小到零。600℃以上时，就变为塑 性材料
➢ 分类
内应力 应力
热应力 装配应力 相变应力 残余应力
工作应力
陈
3
焊接教学 焊接应力与变形的产生
• 2.变形—物体在外力的作用下，其内部原子的相 对位置发生变化，其宏观表现为形状和尺寸的变 化。
• 分类 按物体变形的性质分为：
弹性变形
塑性变形
自由变形
按变形的拘束条件分为：
非自由变形
陈
4
焊接教学 焊接应力与变形的产生
1．收缩变形—焊件尺寸比焊前缩短的现象称为收 缩变形。分为纵向缩短和横向缩短。
➢ 焊件在焊后沿焊缝长度方间的收缩称为纵向缩短 。
➢ 焊件在焊后垂直于焊缝方向的收缩叫横向缩短。
陈
18
焊接教学
焊接残余变形
2．角变形
• 角变形产生的根本原因：由于焊缝的横向收缩沿 板厚分布不均匀所致。角变形的大小以变形角α 进行度量。
陈工字梁的扭曲变形
23
焊接教学
焊接残余变形
陈
24
焊接教学
焊接残余变形
二、控制焊接变形的措施
1. 设计措施
• （1）合理地选择焊缝 的尺寸和形状（如图）
• 在保证结构承载力的
情况下,尽可能采用较小
的焊缝尺寸, 减少热输
入对材料性能的影响,
并降低成本。
陈
25
焊接教学
焊接残余变形
（2）合理选择焊缝长度和
• 假设焊件是由许多金属小板条组成，它们互相结合，互相制约。当
焊接时，焊件受到局部不均匀的加热和冷却，焊接接头各区域会出现 不同程度的热胀和冷缩。温度高、伸长大的板条要受到相邻的温度低 、伸长小的板条的压缩；相反，温度低、伸长小的板条要受到温度高 、伸长大的板条的拉抻。
陈
10
焊接教学 焊接应力与变形的产生
陈
6
焊接教学 焊接应力与变形的产生
图所示为金属杆件进行均匀加热后的变形过程。当温度由T0升至T1时 ，金属杆件便出现了热膨胀，如果在伸长过程中不受阻碍，杆长将增 加ΔLT，这段长度的改变称为自由变形，如图8—3a所示。同样，冷 却时又能自由收缩，金属杆件始终处在自由无约束的状态下，不会出
现应力和变形。
在钢板的两侧产生拉应力，中间产生压应力。当压应力超 过材料的屈服点时，就产生压缩塑性变形，即图a中虚线 所围绕的空白部分。
由于钢板是一个整体，中间部分的收缩要受到两边的牵制，所以实际 收缩变形如图中实线所示，即钢板总长缩短了ΔL′。在钢板的两侧产
生压应力，而钢板中间，因没有完全收缩，则产生了拉应力。
钢板边缘一侧加热和冷却时的应力与变形
陈
13
焊接教学 焊接应力与变形的产生
(3)杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能自 由变形的变形和应力。
T T
0
t1
t
t2
t
受拘束杆件均匀加热、冷却过程中的变形和应力
2.1 | | s
陈
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焊接教学
焊接应力与变形的产生
(4)长板条非对称加热引起的变形和应力
2.焊缝金属的收缩。 3.金属组织的变化。
数量
只要允许，多采用型材、
冲压件；焊缝多且密集处，可
以采用铸—焊联合结构，就可
以减少焊缝数量。此外，适当
增加壁板厚度，以减少肋板数