焊接应力-课程设计
焊接残余应力教学教案(中职教育).docx
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、 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，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，通常将平行于焊缝轴线方向的应力称为纵向残余应力, 用6 x 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。
下面分别加以卩（垂直焊缝轴线方向）x （平行焊缝轴线方向）孑（厚度方向）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6 x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6 x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6 x 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。
焊接应力与变形教案
第一节焊接应力和焊接变形的形成一、焊接应力与焊接变形内力的概念→应力的概念→内应力→焊接应力→焊接残余应力变形的概念→弹性变形→塑性变形→焊接变形→焊接残余变形二、焊接应力与变形的产生1、均匀加热引起应力与变形的原因（列举钢杆的均匀加热过程）2、焊接过程引起应力与变形的原因第二节焊接残余变形一、焊接残余变形的分类。
按焊接变形对整个结构的影响程度，可将其分为两大类：一类是局部变形，另一类是整体变形1．收缩变形。
2．弯曲变形。
3．角变形。
在焊接对接接头、T形接头、搭接接头及堆焊时，都可能产生角变形。
4．波浪变形。
又称失稳变形，常在板厚小于6mm的薄板焊接结构中产生。
5．扭曲变形。
6．错边变形。
二、影响焊接残余变形的因素1.焊缝在结构中的位置2.焊接结构的刚度。
3.焊接结构的装配及焊接顺序。
4.其他因素。
1）结构材料的线膨胀系数：线膨胀系数大，焊后变形大。
2）焊接方法：一般气焊焊后变形壁电弧焊的焊后变形大。
3）焊接工艺参数：主要是指焊接电流和焊接速度，俩者直接影响热输入的大小。
4）焊接方向：其焊缝越长，焊后变形也越大。
5）焊接坡口形式双V形或双Y形坡口焊缝比V形或Y形的坡口焊缝的角变形小。
三、控制焊接残余变形的措施。
一是从设计上考虑，二是从工艺方面考虑。
1.采用合理的装配焊接顺序。
1）对称焊缝采用对称焊接法。
2）不对称焊缝先焊焊缝较少的一侧。
3）采用不同的焊接顺序控制焊接变形。
2. 反变形法反变形主要用来控制角变形和弯曲变形。
3. 刚度固定法4. 散热法5. 热平衡法四、残余变形的矫正1、机械矫正法。
机械矫正法适用于低碳钢等塑性较好的金属材料焊接变形的矫正。
2、火焰矫正法火焰矫正法的加热方法有点状加热，线状加热和三角形加热三种。
1）点状加热矫正这种矫正方法一般用于薄板的波浪变形。
2）线状加热矫正这种矫正方法多用于变形较大或刚度较大的结构，也可用于薄板矫正3）三角形加热矫正成用于矫正厚度即到达，刚度较强的构件的弯曲变形。
焊接结构课程设计筒体计算应力
焊接结构课程设计筒体计算应力在焊接结构课程设计中，计算焊接结构的应力是一个重要的步骤。
下面是设计焊接结构的筒体计算应力的一般步骤：
1. 确定筒体的几何参数：包括筒体的直径、长度、壁厚等参数。
这些参数将用于后续的应力计算。
2. 确定应力情况：根据筒体的受力情况，确定应力的类型和方向。
例如，考虑内压力情况下的径向应力、周向应力和轴向应力。
3. 应力计算方法选择：根据筒体的几何形状和受力情况，选择适当的应力计算方法。
常用的方法包括解析计算方法、有限元分析等。
对于简单的筒体结构，可以使用解析计算方法进行应力计算。
4. 应力计算公式应用：根据所选择的应力计算方法，将适当的应力计算公式应用于筒体的几何参数和受力情况。
这些公式可能涉及到焊缝强度、壁厚、应力集中系数等参数。
5. 强度校核：计算得到的应力值需要与材料的强度进行比较，以判断筒体的安全性。
比较时考虑材料的强度参数，如抗拉强度、屈服强度等。
6. 结构优化：根据计算结果，对筒体结构进行优化设计，以提高其强度和安全性。
可以考虑增加壁厚、改变焊接方式或优化筒体的几何形状等。
请注意，以上步骤仅提供了一般的指导，具体的筒体应力计算方法和步骤可能因具体情况而有所差异。
在进行焊接结构的应力计算时，建议遵循相应的设计规范和标准，确保计算结果的准确性和可靠性。
《焊接应力与变形》教学设计
《焊接应力与变形》教学设计天祝职教中心乔爱云教学目标：1）掌握焊接应力与变形的概念。
2）理解焊接应力与焊接变形产生的原因3）通过观看挂图加强学生观察能力，巩固所学内容教学重难点：1）掌握焊接应力与变形的概念2）理解焊接应力与焊接变形产生的原因。
教学课时:一课时教学过程：一、导入新课1、焊接应力与焊接变形的概念焊接构件由焊接而产生的内应力称为焊接应力，焊后残留在焊件内的焊接应力称为焊接残余应力。
焊件由焊接产生的变形称为焊接变形，焊后焊件残留的变形称为焊接残余变形。
若在外力去除后，物体能恢复到原来的形状和尺寸，这种变形称为弹性变形，反之称为塑性变形。
（以后所说到的焊接应力与焊接变形通常指的是焊接残余应力与焊接残余变形）2、焊接应力与变形产生的原因1）、均匀加热引起应力与变形的原因（1）自由状态下的金属杆件：加热时，杆件能自由伸长，杆件内无应力；冷却时，杆件能自由收缩并回复到原来的长度，杆件内无应力，也无变形。
（2）膨胀时受阻、收缩时自由的金属杆件：加热时，杆件的伸长受阻，杆件被压缩，产生压缩力和压缩塑性变形；冷却时，杆件能自由收缩，杆件内无应力，最终杆件产生了缩短的变形。
（3)膨胀和收缩均受阻的金属杆件：加热时，杆件的伸长受阻，产生压缩力和压缩塑性变形；冷却后，杆件长度不变，即不产生变形，但杆件内存在较大的拉伸残余应力。
3、焊接过程引起应力与变形的原因在焊接过程中，由于焊件经受了不均匀加热，其加热温度为中间高两边低，将其分为高温区和低温区两部分：焊缝及其附近为高温区，焊缝两侧焊件边缘部分为低温区，并假设高温区内，低温区内的温度均匀一致。
在焊接加热时，若焊件高温区和低温区是可分离的，能自由伸缩的两部分，高温区由于温度高将自由伸长，但实际上，焊件是一个整体，高温区不可能自由伸长，其伸长受到低温区的牵制，使其受到压缩产生压应力，当压应力达到屈服点就会产生压缩塑性变形。
同时低温区也受到高温区的拉伸作用而伸长产生拉应力，结果焊件将整体伸长。
教材N8-焊接应力与变形
教材N8-焊接应力与变形第一节焊接应力与变形的产生及危害一、焊接应力及变形的一些基本概念为了更好地把握焊接应力和焊接变形，首先让我们先来了解应力和变形的一些基本概念。
1．应力和内应力当物体受到外力作用下，物体内部就同时产生一种与外力平衡的抗力，单位面积上的抗力就称为应力。
应力根据其作用的方向分为压应力和拉应力，这种应力往往随外力去除而消失。
内应力是在没有外力作用下平衡于物体内部的应力。
这种应力存在于许多工程结构中，如铆接结构、铸造结构、焊接结构等。
同时在焊件加工过程中也会产生内应力，如机械加工、金属切割和焊接等。
2．焊接应力和焊接残余内应力顾名思义，焊接应力就是因焊接而产生的存在焊件内的内应力。
焊接应力根据其产生的主要原因分为：温度应力（又称为热应力）和组织应力（又称为相变应力）。
热应力是由于构件受热不均匀而存在着温度差异，各处膨胀变形或收缩变形不一致互相约束而产生的内应力。
在焊接过程中，由于不均匀的局部加热和冷却会形成较大的热应力。
组织应力是由于固态相变引起体积变化并受到约束而产生的内应力。
在焊接过程中，热应力和组织应力是一种瞬态应力，随焊接过程而变化。
如果应力低于金属材料的屈服点，变形均在弹性范围内，焊件冷却到室温后，应力将随之消失；反之，如果焊接达到金属材料的屈服点，材料将发生局部塑性变形，那么当焊件冷却到室温后，焊件中就存在残存的应力，这种应力称为焊接残余内应力。
我们通常所说的焊接应力一般指焊接残余内应力。
3．变形及焊接变形任何物体在外力或热作用下都会产生形状和尺寸变化，这种现象称为变形。
当变形在外力去除后能恢复到原来形状和尺寸的变形称为弹性变形；当外力去除后变形仍然存在，这种永久-1-性的变形称为塑性变形。
焊接变形是由于焊接热或机械作用而引起的变形。
焊接过程中，焊件在热源作用下温度受热膨胀，热源移开后焊件冷却收缩，这种膨胀和收缩是焊接过程中的瞬态变形。
当这种膨胀和收缩在不均匀加热、约束等多种因素相互作用下，会导致焊件焊接后的尺寸收缩、弯曲和翘曲变形，这些变形都是焊接残余变形。
焊工工艺学焊接应力与变形课件
焊接过程控制
01
02
03
严格控制焊接参数
按照工艺要求选择合适的 焊接电流、电压、速度等 参数。
注重焊接操作技巧
提高焊接技能水平、加强 焊接操作规范化、避免焊 接缺陷等措施。
加强焊接质量检测
采用无损检测技术、对焊 缝进行外观检查、对重要 部位进行应力检测等措施 。
05 焊接应力与变形的矫正
CHAPTER
焊接变形对结构的影响
03
焊接变形会降低结构的精度和强度，影响结构的外观和使用性
能。
焊接应力与变形的影响因素
01
02
03
04
材料性质
材料的热膨胀系数、弹性模量 、屈服强度等都会影响焊接应
力与变形。
焊接工艺
焊接电流、电压、焊接速度、 预热温度等都会影响焊接应力
与变形。
结构形式
结构形式和尺寸对焊接应力与 变形也有很大影响。
焊接速度
选择合适的焊接速度，以控制热输入和冷却速度，从而影响变形 和应力。
预热和层间温度控制
预热和层间温度控制可以减少材料各区域的温度差异，从而减少 变形和应力。
采用合理的装焊顺序和方向
焊接顺序
在焊接过程中，合理安排焊接顺序可 以减少变形和应力。先焊接对变形影 响较小的焊缝，再焊接对变形影响较 大的焊缝。
变形主要由于热胀冷 缩和材料内部应力分 布的变化引起。
焊接变形的分类
收缩变形
由于材料在焊接过程中的热胀 冷缩，导致构件尺寸缩短。
弯曲变形
由于焊缝位置和焊接顺序不当 ，导致构件整体或局部弯曲。
扭曲变形
由于焊缝的角变形或弯曲变形 ，导致构件扭曲。
波浪变形
由于薄板焊接后，母材产生压 应力而产生的失稳变形。
焊接结构焊接应力与变形及其控制ppt教材
图2-1-1 长板条中心加热和冷却时的应力与变形
2021/6/30
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弯曲变形常见于焊接的梁、柱、管道等焊件。 图2-3-16 对接焊时的刚性固定 热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变的现象来达到松弛焊接残余应力的目的，同时还可改善焊接接头的性能。 其大小是以挠度f来衡量。 另外，焊缝在焊接结构中的位置、装配一焊接顺序、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，下面着重 介绍几个主要因素。 对于一定的加载方式(应力状态)，当温度降至某一临界值时，将出现塑性断裂到脆性断裂的转变，这个温度称为脆性转变温度。 8．预防焊接结构脆性断裂的措施有哪些? 焊缝接头形式不同，其角变形的特点也不同。 如果在τmax 达到屈服点前， σmax先达到抗拉强度极限值，则发生脆断； 焊接瞬时应力和焊接热应力没有本质区别，当温差也随时间而变化时，热应力也是瞬时应力。 焊接变形和焊接应力是相互联系的，当焊件拘束较小时，焊件变形较大，而焊接应力却较小。
由于不锈钢的线膨图胀系2数-比1低-碳1钢大，故焊长后的板残余条变形中也比心低碳加钢大热。 和冷却时的应力与变形
a)原始状态
2021/6/Байду номын сангаас0
b)，c)加热时
d)，e)冷却时
8
(2)长板条一侧加热(相当于板边堆焊)引起的应力 与变形
如图2-1-2a所示，在一块材质均匀的钢板的上边 缘快速加热。假设钢板由许多互不相连的窄板条组成， 则各板条在加热时将根据温度高低而不同程度地伸长，
3．焊接应力与焊接变形
焊接变形及应力
焊接构件由焊接而产生的内应力叫焊接应力，焊接
结束后残留在焊件中的焊接应力叫焊接残余应力。由焊
接而引起的焊件形状或尺寸改变称为焊接变形。
焊接应力分析与接头结构设计
焊接应力分析与接头结构设计引言：焊接是一种常见的金属连接工艺，广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。
然而，焊接过程中产生的应力问题一直是焊接工程师们关注的焦点。
本文将探讨焊接应力的分析方法以及接头结构设计的原则，旨在帮助读者更好地理解焊接应力问题并提供一些建议。
一、焊接应力分析方法1. 热应力分析焊接过程中，焊缝区域受到高温热源的加热，导致局部金属膨胀，而周围冷却的金属受到约束，无法自由膨胀，从而产生热应力。
热应力分析是通过数值模拟或实验方法，计算焊接过程中的温度场和应力场变化，以评估焊接接头的稳定性。
2. 冷却应力分析焊接完成后，焊缝区域会经历冷却过程，由于不同金属的线膨胀系数不同，冷却过程中产生的温度梯度会引起冷却应力。
冷却应力分析可以通过有限元方法来模拟，以确定焊接接头在冷却过程中是否会出现应力集中区域。
3. 应力分布分析焊接接头的应力分布是影响接头性能的重要因素。
通过数值计算或实验测试，可以获得焊接接头的应力分布情况。
在设计接头结构时，需要根据应力分布情况进行合理的布局和加强措施，以确保接头的强度和稳定性。
二、接头结构设计原则1. 减小焊接应力集中焊接接头的应力集中区域容易导致接头的断裂和变形。
为了减小焊接应力集中，可以采用以下措施：- 使用圆角焊缝，避免尖角焊缝的应力集中；- 增加焊缝长度，分散应力集中；- 采用多层焊接，减小每层焊缝的应力。
2. 合理选择焊接材料焊接材料的选择对焊接接头的性能有重要影响。
应根据焊接接头所需的强度、韧性、耐腐蚀性等要求，选择合适的焊接材料。
同时，要注意焊接材料与基材的匹配性，以避免因材料不匹配而引起的应力问题。
3. 优化焊接工艺参数焊接工艺参数的选择对焊接接头的质量和应力分布有重要影响。
合理选择焊接电流、电压、焊接速度等参数，可以控制焊接过程中的温度变化，减小应力的产生。
同时，要注意焊接变形的控制，避免因变形引起的应力集中。
4. 加强接头支撑接头的支撑结构对焊接接头的稳定性和强度有重要影响。
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(4)一定保存后缀为.db文件和.log文件，为了保险， 可以把整个文件夹保存。
基于热弹塑性理论，采用直接耦合法，利用ANSYS软件对焊接
残余应力和变形进行数值计算。 直接耦合法是指选用耦合单元，仅仅通过一次求解就得得出热-力 耦合场的结果。
3、采用ANSYS 求解
（1）建立文件名和工作标题 （2）定义单元类型：选择那种单元类型，其主要特征是什么（几个节点、 面还是体）？ （3）定义材料性能参数 （4）创建几何模型：将画出的图形作出截图 （5）划分网格：将划分网格的过程截图 （6）加载：在那些平面设置初温，在那些平面或线设置对流边界条件 （7）求解：计算结果
Hale Waihona Puke 4、计算结果（1）x,y,z方向残余应力及变形 （2）Von-Mises 等效残余应力
关键点：
（1）如何建立几何模型：先画铸件（型腔），画三个矩形，进行 相加操作（Preprocessor>modeling>operate>Booleans>add Area）,进行编号压缩（），再画砂型，画三个矩形，相加， 压缩编号，检查铸件、砂型编号（Plotctrls>numbering>area） (2) 对流条件：设置在砂型的编辑（显示线的编号，然后进行设置） （3）计算两次：第一次是计算初始温度分布，Main menu>solution> Load Step opts>time/Frequece/ time integration>TIMINT OFF
焊接残余应力/变形分析
2014.12.20
问题描述
• 某一平板由钢和铁板焊接而成，焊接材料为铜，平板尺寸 为1x1x0.2,横截面结构如图。平板初始温度为800℃，将平 板放置于空气中冷却，周围温度为30℃，对流系数为 110W/(㎡· ℃)。求十分钟后平板内部的温度场及应力场分 布
2、 直接耦合法