• 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
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焊接教学 焊接应力与变形的产生
陈
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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焊接教学
焊接残余变形
陈
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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焊接教学
焊接残余变形
陈
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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
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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
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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
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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