1.不受约束的自由杆件均匀加热和冷却时应力变形
结论:没有残余应力和残余变形. 应用：焊接生产采用整体预热和后热,可以减少残余应
力.
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2.受拘束件在热循环中的应力与变形
（1）若s （弹性变形）
加热时： T应力 s ; 冷却时： T应力 s .
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（2）若≥s ,TMax＜500℃
相变应力----是指在加热过程中，局部金属发生 相变，使比容增大或减小而引起的应力。
塑变应力----是指金属局部发生拉伸或压缩塑性 变形后引起的内应力。
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1.温度应力—由于不均匀受热
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2.变形 弹性变形 塑性变形 自由变形
非自由变形（包括外观变形和内部变形）。 弹性变形、自由变形----应力为0，变形为0； 塑性变形----理想状态应力为0，变形为0；否则
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（2） T形接头的纵向应力分布
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（3） 对接圆筒环焊缝的纵向残余应力 （切向应力）
如直径为1200mm，壁厚为6mm的低碳钢圆筒， 环缝中的为210N/mm2，而直径为384mm，壁 厚也为6mm的圆筒环焊缝中的为115N/mm2。
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y
中心加热实验的应力与变形
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结论
1、板条中心对称加热时，板条中产生温度应力，中心受压两边受拉。 2、若不产生压缩塑性变形， s则冷却后内应力消失，平板复原，没有
残余变形。 3、若s，当温度恢复到原始状态时，有残余应力，中心受拉两侧受压。
且有残余变形。其方向与加热时相反。
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第2章 焊接应力与变形
2.1 焊接应力与变形 内力----物体受到外力作用时和加热引起物体内部之间相互作用的力，称内 力。 单位截面积上的内力称为内应力。 内应力----在没有外力的条件下平衡于物
体内部的应力。 按产生原因分类有： 热应力、相变应力、塑变应力。
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热应力----是指在加热过程中，焊件内部温度有 差异所引起的应力，故又称温差应力。
不为0。
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自由变形：
LT = 0 L0 (T 1 - T 0 )
LT——自由变形量； L0——原长； 0——金属材料的线胀系数； T 1——加热的温度； T 0——原始温度。
T = LT = (T 1 - T 0 ) L0
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非自由变形
L=(LT - Le) L —内部变形 未表现出的那部分变形 Le—外观变形 表现出的那部分变形
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3.厚度方向的残余应力
随着填充材料厚度的增加，横向收缩应 力也沿z轴向上移动，并在已填充的坡口的 纵截面上引起应力。
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3 长板条不均匀受热时的应力和变形
（1）三个板条加热、冷却自由变形 当三个板条均处于自由状态，对B板条进行加热
时，B独立伸长，板条A、C未受热，所以长度无变 化。
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（2）三个板条加热、冷却非自由变形
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（3）中心加热实验的应力与变形
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（3）焊接热应变循环组织应力
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（4）焊接瞬态应力变形
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计算机模拟焊接应力
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小结
在平板条中心堆焊，由于板条在焊接过程中是一个不均匀受热的整体， 焊接时沿焊缝长度产生伸长变形，焊缝及其附近产生压应力；远离焊缝 区的两侧产生拉应力。
加热时 ： T应力 s ，εp压缩塑性变形; 冷却时 ：T应力 s =0，εp 拉伸塑性变形
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（3）若≥s温度大于600℃
高温区应力为0变形不为0
若金属板条是互不相连的小窄条， 则变形为图2-2a所示。但金属因整体 变形保持一致，故实际变形为图2-2b。 加热时，出现中心受压应力，两侧受 拉应力。冷却后，若加热应力〈 S，则无内应力；若加热应力 〉 则中心受压，两侧受拉。
焊接残余应力
平行焊缝轴线方向的应力称纵向残余应力，
垂直焊缝轴线的应力为横向残余应力，厚度方向
的残余应力。
在厚度小于20mm的对接接头结构中，厚度方
向应力较小。
：平行焊缝方向上的应
X
力
：垂直焊缝方向上的应
Y
力
：厚度方向上的应力
Z
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1.纵向残余应力 （横截面）
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（1 ）焊缝长度对纵向应力 （纵截面）的影响
（4）非对称加热应力与变形
Y
B
0 dx
E
B
0 e T d x E
B 0
E
f
x d x
0
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焊后产生应力与变形
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4 焊接引起的内应力及变形
（1） 焊接应力与变形的特殊性
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（2）焊接应力变形的演变过程
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焊接应力变形的演变过程
2.横向应力
横向残余应力有两部分组成： 一部分是由焊缝及其附近塑性区的纵向收缩
引起的横向应力σy′；
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(1) 纵向收缩引起的焊缝横向应力随焊缝长度变化：
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（2）焊缝横向收缩引起的横向应力σy〞 先焊部分先冷却，后焊部分后冷却。先冷却
的焊缝限制后冷却焊缝的横向收缩，导致最后 收缩的焊缝受拉应力。
（满足自由变形规律）
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3.研究焊接应力与变形基本假定
(1) 平截面假定：构件变形时整个横截面是平行 移动或转动；
(2) 金属性能不变的假定：物理性能不随温度的 变化而变化。
(2) 金属屈服的假定： 可见低碳钢温度大于600℃ 内应力为零.
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2.2 焊接应力与变形产生的原因
焊接结束后，板条产生缩短的残余变形，同时在焊缝及其附近产生残 余拉应力；远离焊缝区两侧产生残余压应力。
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2.3 焊接残余应力及分布
（1）根据应力与焊 缝的相对位置
纵向应力：应力作用方向与焊缝平行 横向应力：应力作用方向与焊缝垂直
（2）根据应力形成原因
温度应力：由于焊件不 均匀加热引起的应力 拘束应力：由于焊件热 变形受到拘束引起的应 力 组织应力：由于接头金 属组织转变时体积变化 受阻