焊接残余应力教学教案(中职教育)

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1、课程名称：钢结构焊接制造任课教师：王小兵课题焊接残余应力口的要求：1、掌握残余应力的分布情况。2、掌握残余应力对焊件性能的影响。3、要求联系实践，把安全技术贯穿生产实习中。重点：掌握残余应力的分布情况。难点、:掌握残余应力对焊件性能的影响。课的类型、教学方法：课堂教学时间分配：开课2分钟复习提问5分钟讲授新课78分钟小结布置作业5分钟作业：详见教案最后页审批：焊接残余应力重点：掌握残余应力的分布情况。难点：掌握残余应力对焊件性能的影响。一、组织教学1、检查学生到课情况。2、课前准备情况及引导学生进入学习状态。二、复习提问1、简述焊接残余变形产生原因。三、

2、讲授新课焊接残余应力是影响焊接结构或焊接部件疲劳强度、弯曲强度、脆性断裂强度和抗腐蚀性等性能的重耍因素。同时，残余应力还会严重影响结构的机加T质量和尺寸的稳定性。因此，在前面学习内应力和焊接应力产生原因的基础上，将介绍焊接后残存在焊接结构屮的应力分布情况，以及降低和消除焊接应力的措施。一、焊接残余应力的分布在焊件厚度不大（一般小于20mm）的常规焊接结构中，残余应力基本是纵、横双向的，如图2-5所示。厚度方向的残余应力很小，孑（厚度方向）卩（垂直焊缝轴线方向）x（平行焊缝轴线方向）只有在大厚度的焊接结构中，厚度方向的残余应力才有较高数值。为了便于分析，通

3、常将平行于焊缝轴线方向的应力称为纵向残余应力,用6x表示。将垂直于焊缝轴线方向的残余应力称为横向残余应力，用6y表示。厚度方向的应力残余应力，用&Z表示。下面分别加以讨论。（一）非拘束状态下焊接残余应力的分布1.纵向残余应力6x的分布在低碳钢和普通低合金钢焊接结构屮，焊缝及其附近的压缩塑性变形区内的纵向应力6x为拉应力，其数值一般达到材料的屈服点（焊件尺寸过小吋除外），稍离开焊缝区，拉伸应力迅速陡降，继而出现残余压应力。如图2-6所示为中心有一条焊缝的低碳钢长板条在不同横截面上的纵向应力6x的分布情况。从图中可以看出，焊缝及其附近为拉应力，并达到材料的屈

4、服极限，而远离焊缝区为压应力。在长条板中部（III-III截血所在的区域），纵向残余应力的大小基本保持不变，一般称该区域为稳定区。在焊缝两端0-0截面，、因为边界条件与中部有所不同，拘束度和热循环特性也不尽相同，使纵向残余应力由恒定逐渐降至零而出现过渡区。另外，纵向应力在过渡区分布不同于中段，且6x小于材料的屈服限6s。图2-6焊缝横截面纵向应力的分布随着焊缝长度的缩短，稳定区降逐渐减小，玄至消失。如图2-7所示为不同焊缝长度的纵向应力6x的分布情况示意图。由图可以发现，当焊板较短时，不存在稳定区，并且焊板越短，短焊缝中的纵向应力比长焊缝中的纵向应力要小

5、。由此可见，在实际焊接结构中，如果将长焊缝适当分段进行焊接，将会减小焊件中的残余应力。圆筒环焊缝所引起的纵向（对圆筒体就是环向应力）应力的分布规律如图2-8所示。在焊缝及其附近区域为拉伸应力，远离焊缝则为压缩应力。它与平板直缝有所不同，其数值取决于圆筒直径、厚度以及焊接压缩塑性变形区的宽度。环缝上的&X随圆筒直径的增大而增加，而随塑性变形区的扩大而降低。直径增大，6X的分布逐渐与焊接平板接近。图2-7T型焊接接头纵向应力的分布，如图2-9所示。显然，其应力分布与焊件的尺寸有关。图（a）为水平板厚度与立板高度h之比较小时的分布情况；图（b）为水平板厚度与立

6、板高度h之比较人时的分布情况。当T型接头平板厚度s与立板高度h之比越大时，其残余应力的分布越和前血介绍的中心堆焊的长条板的情况相似。(a)图2・9T型接头的纵向应力分布2.横向残余应力6y的分布横向残余应力的产生及其影响比较复杂，一般认为，沿焊缝屮心线的横向残余应力主要由两个方面所引起：一是由于焊缝及其附近塑性变形区的纵向收缩引起的横向残余应力，用6'y表示；另一个是市焊缝及其附近塑性变形区横向收缩的不同时性所引起的，用6“y表小。换言乙横向残余应力6y是由6"y和6”y叠加fftl成。现以对接接头焊缝屮的横向残余应力为例，分析说明残余应力的产生和分布规

7、律。四、小结⑴小结上课情况，耍求树立安全意识。⑵表扬上课认真学生，指出存在问题。