焊接结构生产电子教案--第二单元课件

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1、第二单元焊接应力与变形学习目标：了解有关应力与变形的相关知识;掌握焊接应力与变形产生的原因;熟悉焊接应力与变形的危害;掌握预防及控制焊接应力与变形的措施。综合知识模块一焊接应力与变形的产生焊接时一般采用集中热源在局部加热，因此造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。焊接应力是形成各种焊接裂纹的重要因素，焊接残余应力和变形在一定条件下还会严重影响焊件的强度、刚度、受压时的稳定性、加工精度和尺寸稳定性等。能力知识点1应力和变形基础知识1．应力物体在受外力作用后，以及在物理、化学或物理化

2、学变化过程中，如温度、金相组织或化学成分等变化时，其内部会产生内力。作用在物体单位截面上的内力叫做应力。根据引起内力的原因不同，应力分为工作应力和内应力。物体由于外力的作用在其单位截面上出现的内力称为工作应力。物体在无外力作用的情况下而存在于内部的应力称为内应力。内应力的分类：根据内应力产生的原因不同，可分为热应力、装配应力、相变应力、焊接应力等。还可以根据内应力所涉及的范围，将其分为宏观内应力、微观内应力和超微观内应力。2．变形定义：物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变

3、形。分类：按照物体变形的性质不同，变形可以分为弹性变形和塑性变形。按拘束条件不同，物体的变形还可分为自由变形和非自由变形。弹性变形和塑性变形当使物体产生变形的外力或其它因素去除后，变形也随之消失，即物体恢复原状，这样的变形称为弹性变形。当外力或其它因素去除后变形仍然存在，物体不能恢复原状，这样的变形称为塑性变形。自由变形和非自由变形以图2-1中的一根金属杆为例，当温度为T0时长度为L0，均匀加热，温度上升至T时，若金属杆不受阻，杆的长度会增加至L，其长度的改变ΔLT＝L－L0，ΔLT就是自由变形，如图2-la

4、所示。图2-1金属杆件的变形a)自由变形b)非自由变形单位长度的变形量称为变形率，自由变形率用εT表示，其数学表达式为：εT＝ΔLT/L0＝α(T－T0)式中α-金属的线膨胀系数，它的数值随材料及温度而变化。非自由变形：如果金属杆在温度变化过程中的伸长受到阻碍，则变形量不能完全表现出来，就是非自由变形，见图2-lb。外观变形：能够表现出来的这部分变形，用ΔLe表示，外观变形率εe可用下式表示：εe=ΔLe/L0内部变形：未表现出的变形，用ΔL表示。ΔL=ΔLT-ΔLe同样，内部变形率ε用下式表示：ε=ΔL/L

5、03．焊接应力与焊接变形焊接残余应力和变形直接影响结构的制造质量和使用性能，严重时会导致构件的失效甚至报废。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。由焊接而引起的焊件尺寸的改变称为焊接变形。焊接加热及冷却过程中产生的应力与变形，称为焊接瞬时应力和焊接瞬时变形；焊接过程结束后，残留在焊接结构中的应力与变形，称为焊接残余应力和焊接残余变形。能力知识点2研究焊接应力与变形的几个假定（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。即构件只发生伸长、缩短、弯曲，构件变形时其横截面只发生平移

6、或偏转，永远保持平面。（2）金属性能不变的假定假定在焊接过程中材料的某些热物理性质，如：线膨胀系数(α)、热容(c)、热导率(λ)等均不随温度的变化而变化。（3）金属屈服点假定低碳钢屈服点与温度的关系，如图2-2中实线所示，为了讨论问题的方便，可以将它简化为图2-2中虚线所示。低碳钢的屈服强度与温度关系的假定即在500℃以下，屈服点与常温相同，不随温度的变化而变化；在500~600℃之间，屈服点呈线性下降；600℃以上时屈服点为零，呈全塑性状态。我们把材料屈服点为零时的温度称为塑性温度。通常将焊接过程中的某

7、一瞬间，焊接接头中各点的温度分布称为温度场。在焊接热源作用下构件上各点的温度在不断地变化，可以认为达到某一极限热状态时，温度场不再改变，这时的温度场称为极限温度场。（4）焊接温度场假定能力知识点3焊接应力与变形产生的原因焊接应力和变形是由多种因素交互作用而导致的结果。主要因素包括焊件受热不均匀、焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性与拘束的影响等，其中最根本的原因是焊件受热不均匀。此外，焊缝在焊接结构中的位置、装配焊接顺序、焊接方法、焊接电流及焊接方向等对焊接应力与变形也有一定的影响。1．焊件的不均匀受热

8、为了便于了解焊件在不均匀受热时如何产生应力与变形，首先对均匀加热时产生应力与变形的情况进行讨论。（1）不受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形根据前面对变形知识的讨论，不受约束的杆件在均匀加热与冷却时，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，如图2-3a所示。图2-3杆件均匀加热时的应力与变形a）自由状态b）自由延伸-限制收缩状态c）限制延伸