学习课件钢结构基本原理及设计焊接残余应力和焊接变形.ppt
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1、钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计3.4.1焊接残余应力和变形的成因焊接残余应力和变形的成因一一一一. .焊接残余应力的成因焊接残余应力的成因焊接残余应力的成因焊接残余应力的成因焊接残余应力简称焊接应力焊接残余应力简称焊接应力1.现象现象2.成因成因钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计 (1)焊缝出现不均匀温度场)焊缝出现不均匀温度场焊缝附近温度最高,可高达焊缝附近温度最高,可高达1600度以上度以上在焊缝区以外,温度则急剧下降在焊缝区以外,温度则急剧下降钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计(2)焊缝区受热而纵向膨胀,但这种膨胀因变形的平)焊缝区受热而纵向膨胀,但这种膨胀因变形的
2、平截面规律截面规律(变形前的平截面,变形后仍保持平面变形前的平截面,变形后仍保持平面)而受到其相而受到其相邻较低温度区的约束,使焊缝区产生纵向压应力。邻较低温度区的约束,使焊缝区产生纵向压应力。热应力互相阻碍热应力互相阻碍钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计(3)由于钢材在)由于钢材在600以上时呈塑性状态以上时呈塑性状态(热塑性状热塑性状态态),因而高温区的这种压应力使焊缝区的钢材产生,因而高温区的这种压应力使焊缝区的钢材产生塑性压缩变形,塑性变形当温度下降、压应力消失塑性压缩变形,塑性变形当温度下降、压应力消失时不能恢复时不能恢复应力当焊件完全冷却后仍残留在焊缝区钢材内,故名应力当焊件
3、完全冷却后仍残留在焊缝区钢材内,故名焊接残余应力焊接残余应力。Q235钢钢等低合金钢焊接后的残余拉应力常可高达其屈等低合金钢焊接后的残余拉应力常可高达其屈服点。服点。残余应力是构件未受荷载作用而早已残留在构件截面残余应力是构件未受荷载作用而早已残留在构件截面内的应力,因而截面上的内的应力,因而截面上的残余应力自相平衡残余应力自相平衡。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计(1)纵向焊接应力)纵向焊接应力3.分类分类纵向焊接应力纵向焊接应力横向焊接应力横向焊接应力沿厚度方向的焊接应力沿厚度方向的焊接应力(2)横向焊接应力)横向焊接应力钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计两部分组成:两部分组
4、成:其一是由焊缝区的纵向收缩所引起。如把钢板假想沿焊其一是由焊缝区的纵向收缩所引起。如把钢板假想沿焊缝切开,由于焊缝的纵向收缩,两块钢板产生如图缝切开,由于焊缝的纵向收缩,两块钢板产生如图(a)中虚线中虚线所示的弯曲变形。所示的弯曲变形。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计因而可见在焊缝长度的中间部分必然产生横向拉应力,因而可见在焊缝长度的中间部分必然产生横向拉应力,而在焊缝的两瑞则产生横向压应力,应力分布如图而在焊缝的两瑞则产生横向压应力,应力分布如图(b)所示。所示。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计其二是由焊缝的横向收缩所引起。施焊时,焊缝的形成有其二是由焊缝的横向收缩所引起。
5、施焊时,焊缝的形成有先有后,先焊的部分先冷却,先冷却的焊缝区限制了后冷却焊先有后,先焊的部分先冷却,先冷却的焊缝区限制了后冷却焊缝区的横向收缩,使产生横向焊接残余应力如图缝区的横向收缩,使产生横向焊接残余应力如图(c)所示。所示。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计最后的横向焊接残余应力当为两者即图最后的横向焊接残余应力当为两者即图(b)和图和图(c)的叠加,的叠加,如图如图(d)所示。所示。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计(3)厚度方向的焊接应力厚度方向的焊接应力钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计二二二二. .焊接残余变形的成因焊接残
6、余变形的成因焊接残余变形的成因焊接残余变形的成因1.焊接不均匀的加热焊接不均匀的加热焊接区产生热塑性压缩变形焊接区产生热塑性压缩变形冷却时焊接区要在纵向和横向收缩冷却时焊接区要在纵向和横向收缩构件产生局部鼓曲、弯曲、歪曲和扭转构件产生局部鼓曲、弯曲、歪曲和扭转2.焊接残余变形焊接残余变形纵、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等纵、横向收缩、弯曲变形、角变形和扭曲变形等焊接后残余在结构的变形叫做焊接焊接后残余在结构的变形叫做焊接残余变形。残余变形。钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计纵向收缩变形和横向收缩变形纵向收缩变形和横向收缩变形钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计焊缝纵向收缩所引
7、起的弯曲变形焊缝纵向收缩所引起的弯曲变形焊缝横向收缩所引起的角变形焊缝横向收缩所引起的角变形钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计减小钢结构的焊接残余变形是设计和施工制造时必须减小钢结构的焊接残余变形是设计和施工制造时必须共同考虑的问题,必须从设计和工艺两方面来解决。共同考虑的问题,必须从设计和工艺两方面来解决。波浪式变形波浪式变形扭曲变形扭曲变形钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计后冷处形成残余拉应力后冷处形成残余拉应力后冷处形成收缩变形后冷处形成收缩变形钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计3.4.2焊接应力和变形对结构工作性能的影响焊接应力和变形对结构工作性能的影响一一一一. .
8、焊接应力的影响焊接应力的影响焊接应力的影响焊接应力的影响1.对结构静力强度的影响对结构静力强度的影响 钢结构基本原理及设计钢结构基本原理及设计焊接应力自相平衡焊接应力自相平衡受拉区应力面积受拉区应力面积At受压区应力面积受压区应力面积Ac即即At=Ac=btfy。截面达到屈服点截面达到屈服点fy时所承受的外力时所承受的外力焊接应力不影响结构的强度焊接应力不影响结构的强度2.对结构刚度的影响对结构刚度的影响焊接应力降低结构的刚度。焊接应力降低结构的刚度。残余应力的拉杆的抗拉刚度为残余应力的拉杆的抗拉刚度为(B-b)tE,而无残余应力的相同截面的拉杆的抗拉刚度为而无残余应力的相同截面的拉杆的抗拉刚
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