【正文】 圖 小孔法測(cè)內(nèi)應(yīng)力 （ 2）Ｘ射線衍射法 ???用設(shè)備昂貴對(duì)被測(cè)表面要求高，所只能測(cè)表面應(yīng)力.2.1? 原理 ： 晶體在應(yīng)力的作用下，原子間距發(fā)生變化，其變化與應(yīng)力大小成正比，當(dāng)用 X射線，以掠角 θ入射到晶體表面時(shí)，如果 θ能滿足 2dSinθ =nλ ，則 X射線在反射方向因干涉而加強(qiáng)。 為了取得較好的降低應(yīng)力的效果 ， 應(yīng)該保證足夠的加熱寬度 。 存在問(wèn)題： ? 母材和焊縫金屬性能惡化。 保溫時(shí)間 根據(jù) 工件厚度 確定。 應(yīng)用時(shí)要 恰當(dāng)選擇 ！ ? 火焰加熱 溫度 選擇： 火焰加熱 溫度 一般選擇為： 550℃ ～ 650℃ 適用于 波浪變形 圖 點(diǎn)狀加熱 a) b) c) 圖 線狀加熱 a)直通加熱 b)鏈狀加熱 c)帶狀加熱 適用于 角變形 十字狀加熱 矯正嚴(yán)重殘余變形 松葉狀加熱 矯正殘余變形效果明顯 矯正變形均勻 圖 工字梁彎曲變形的火焰矯正 彎曲變形 適用于 (2)高溫回火消除殘余應(yīng)力 依據(jù)工件的受熱狀況不同，分為： 整體消應(yīng)力熱處理 — 整體 高溫回火； 局部消應(yīng)力熱處理 — 局部 高溫回火； 這是一種最常用、也最實(shí)用的方法。 (3)振動(dòng)時(shí)效法 利用偏心輪和變速電動(dòng)機(jī)組成激振器使結(jié)構(gòu)發(fā)生共振所產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)來(lái)降低殘余應(yīng)力。 焊后調(diào)節(jié)措施 —— 矯正措施 ? 機(jī)械方法 ? 加熱方法 機(jī)械方法 ? 利用外力使構(gòu)件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，使兩者相互抵消，這是減小和消除焊接應(yīng)力與變形的基本思路之一。 ? 應(yīng)用對(duì)象： 對(duì)塑性好的材料適用。利用 加熱帶自身的 熱脹效應(yīng) ，對(duì) 焊縫 產(chǎn)生直接的 拉伸作用 并產(chǎn)生 拉伸 塑性變形 ，從而松弛應(yīng)力。 ? 基本原理 ： 力圖使焊縫區(qū)在冷卻過(guò)程產(chǎn)生較大的拉伸塑性變形，以抵償加熱過(guò)程產(chǎn)生的熱壓縮塑性變形。在焊接過(guò)程中對(duì)焊接變形和應(yīng)力進(jìn)行隨時(shí)的調(diào)控具有重要的意義，同時(shí)也是調(diào)控焊接變形和應(yīng)力的重要措施。 a)角變形大 b)角變形小 圖 T形接頭的坡口 圖 相同承載能力的十字接頭 避免應(yīng)力集中：焊縫丌要設(shè)計(jì)在高應(yīng)力和斷面突變的地方 圖 焊縫設(shè)計(jì)位置分析 采用剛性較小的接頭形式，減小接頭拘束度，減小焊縫殘余應(yīng)力 圖 接頭形式對(duì)拘束度及焊接殘余應(yīng)力的影響 (2) 盡可能減少焊縫的數(shù)量 ? 設(shè)計(jì)原則：在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)該力求減少焊縫數(shù)量和總長(zhǎng)度，避免不必要的焊縫。 為保證尺寸穩(wěn)定，焊后要進(jìn)行熱處理，使組織穩(wěn)定，并使殘余應(yīng)力消除，然后再進(jìn)行機(jī)械加工。 即 30λ 150范圍內(nèi)較明顯 。AA ? 39。 bxBI ????39。39。 ? 只適用于靜載 ， 對(duì)頻率較高 、 次數(shù)較多的變載荷另當(dāng)別論 ， 重要結(jié)論 焊接殘余應(yīng)力對(duì)桿件受壓穩(wěn)定性的影響 兩端鉸支的受壓桿件，在彈性范圍內(nèi)工作時(shí)，其失穩(wěn)的臨界應(yīng)力，可由下式求得： E：彈性模量； l：受壓桿件的自由長(zhǎng)度； I：為構(gòu)件截面慣性矩； A：截面積。( ) 卸載后，相對(duì)于卸載前伸長(zhǎng)了 39。加載過(guò)程 b區(qū)域： Bb區(qū)域： 1 s????? ??? )(2 bBF外力作用消失 ， 各區(qū)的應(yīng)力均勻下降 卸載過(guò)程 ?BF回彈量 EBLFEALFL?????????39。 伸長(zhǎng)量 剛度 (1)拉伸殘余應(yīng)力 1 s???? 剛度減小 EbBFLL????? ?)(39。 塑性材料 脆性材料： 材料發(fā)生局部破壞，有影響，降低靜載強(qiáng)度 脆性材料 ?當(dāng)外載荷增加時(shí)，由于材料不能發(fā)生塑性變形而使構(gòu)件上的應(yīng)力均勻化，因而應(yīng)力峰值不斷增加，一直達(dá)到材料的斷裂極限 。 （ a）相變溫度高于塑性溫度 （ b）相變溫度低于塑性溫度 圖 251 鋼材加熱和冷卻時(shí)的膨脹和收縮曲線 圖 252 高強(qiáng)鋼焊接相變應(yīng)力對(duì)縱向殘余應(yīng)力分布的影響 (a)焊縫金屬為奧氏體鋼 (b)焊縫成分與母材相近 焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)性能的影響 焊接殘余應(yīng)力對(duì)靜載強(qiáng)度的影響 內(nèi)應(yīng)力： 焊縫及近縫區(qū)，拉應(yīng)力；遠(yuǎn)離焊縫，壓應(yīng)力 外應(yīng)力： 總應(yīng)力： 內(nèi)應(yīng)力 +外應(yīng)力 )( ?? ??? BFAF塑性材料： 有足夠的塑性變形能力，無(wú)影響 ?外應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力疊加，當(dāng)拉應(yīng)力峰值達(dá)到材料的屈服極限 ζs后，該區(qū)域的應(yīng)力不再增加，而產(chǎn)生塑性變形。焊縫還將引起縱向應(yīng)力 σx， 最終的內(nèi)應(yīng)力是二者的綜合。39。 ? 當(dāng)區(qū)段 III恢復(fù)彈性時(shí)，其收縮受到區(qū)段 I和 II的拘，使 σ’’y擴(kuò)展。 ? ζ’’y 的分布與焊接方向、分段方法、焊接順序有關(guān) 。 不同長(zhǎng)度低碳鋼板焊接縱向應(yīng)力分布 圖 237 不同焊縫長(zhǎng)度 ζx值的變化 (2)ζx在橫截面上的分布 中間拉應(yīng)力，兩側(cè)壓應(yīng)力 （ a）低碳鋼 （ b） 鋁合金 圖 238 焊縫縱向應(yīng)力沿板材橫向上的分布 ζx=ζs ζxζs 與材料的熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、彈性模量等物理性能有關(guān) (3)圓筒環(huán)形焊 圖 239 圓筒環(huán)焊縫縱向殘余應(yīng)力的分布 ?低碳鋼：圓筒直徑與壁厚之比較大時(shí)，分布與平板相似， ζx=ζs ?圓筒直徑與壁厚之比較小時(shí)，ζxζs 圖 2 40 環(huán)焊縫縱向應(yīng)力與圓筒半徑及焊接塑性變形區(qū)寬度的關(guān)系 ?取決于圓筒的半徑 R、壁厚 δ、塑變區(qū)的寬度 bp 橫向殘余應(yīng)力的分布 ζy ζ’y 由焊縫及其附近的塑性變形區(qū)的 縱向收縮 引起的 ζy= +(疊加 ) ζ’’y由焊縫及其附近的塑性變形區(qū)的 橫向收縮 的不 同時(shí)性所引起的 ?兩塊平板對(duì)焊件，其縱向應(yīng)力的分布是焊縫及其附近的塑性變形區(qū)為拉應(yīng)力，兩側(cè)為壓應(yīng)力。 知識(shí)要點(diǎn) 掌握程度 相關(guān)內(nèi)容 焊接 殘余應(yīng)力 掌握焊接殘余應(yīng)力的類型及其在各種截面上的應(yīng)力分布狀態(tài)。 （ 1）扭曲變形的產(chǎn)生原因 ? 根源：與焊接 角變形 沿長(zhǎng)度上的分布不均勻性和工件的縱向錯(cuò)邊 有關(guān)。 ? 焊接角變形也可能產(chǎn)生類似的波浪形變形：施加預(yù)拉應(yīng)力—— 最有效的方法 錯(cuò)邊變形 ? 在焊接過(guò)程中， 兩焊接件的熱膨脹不一致 ，可能引起 長(zhǎng)度方向上 的錯(cuò)邊和 厚度方向上 的錯(cuò)邊。 2)(BKcr?? ?? 焊接波浪變形的形成原因： 焊后存在于平板中的內(nèi)應(yīng)力，一般情況下在焊縫附近是拉應(yīng)力，離開(kāi)焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力。 焊接面壓縮塑性變形 背面 角變形。 (1) 產(chǎn)生原因 (2) 影響因素 ? 構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 ? 剛度 ? 焊縫的位置 ? 裝配焊接順序 ? 影響橫向收縮變形的因素 (3) 彎曲撓度的估算 L /2 L /2hl l l lh 1e?????2/?2/??1?2?2/l 2/l下?lián)系臄?shù)值可以根據(jù)每對(duì)角焊縫產(chǎn)生的橫向收縮變形量來(lái)估算 ? ①每對(duì)肋板與腹板之間的角焊縫橫向收縮 △ B1使構(gòu)件彎曲的角度 φ1為： ? 每對(duì)肋板與翼板之間的角焊縫的橫向收縮將使構(gòu)件彎曲一個(gè)角度 φ2： ? ③每對(duì)肋板產(chǎn)生的總彎曲角度為，則構(gòu)件的總撓度可按下式估算： ISB 111 ???ISB 222 ???. .. . ..5432 ??????????? lllllf ?????????21nilif ?22211llifni???? ?????? 肋板數(shù)量 n為偶數(shù)時(shí) ? 肋板數(shù)量 n為奇數(shù)時(shí) 角變形 ? 焊后構(gòu)件的 平面圍繞焊縫 產(chǎn)生的角位移稱為角變形 。 圖 217 彎曲變形 （ a）由縱向收縮引起的彎曲變形 （ b）由橫向收縮引起的彎曲變形 應(yīng)力 抗彎截面中心 彎曲變形 ? 根本原因： 產(chǎn)生壓應(yīng)力的部位相對(duì)于構(gòu)件中性軸不對(duì)稱 縱向收縮引起的彎曲變形 (1)產(chǎn)生原因 焊縫在構(gòu)件中的位置相對(duì)于其截面中性軸不對(duì)稱 → Ff是個(gè)偏心力 EIeLFEIMLf f8822 ???(2)影響因素 ? 構(gòu)件的剛度 EI： EI↑ → f↓ ? 焊 縫 位 置 ：不對(duì)稱 ↑， e↑ → f↑ ? 假 想 力 Ff： ? 裝 焊 順 序 【 例 21】 如圖 219所示，工字梁的制造一般有兩種裝焊順序，兩種裝焊順序產(chǎn)生的彎曲變形大小不同。沿焊縫方向由小到大逐漸增長(zhǎng)，一定長(zhǎng)度后趨于穩(wěn)定。 橫向變形結(jié)果 ? 壓縮塑性變形：焊縫近縫區(qū) 金屬在高溫下的自由變形受到阻礙，產(chǎn)生了壓縮塑性變形； ? 收縮變形：焊縫區(qū) 液態(tài)金屬在冷卻過(guò)程中形成固態(tài)焊縫，產(chǎn)生收縮變形。 縱向收縮變形 ? 縱向收縮變形：焊后在 沿焊縫長(zhǎng)度方向 發(fā)生的收縮變形。焊接結(jié)束后，焊縫及其附近區(qū)域的殘余應(yīng)力通常是拉應(yīng)力。?1）對(duì)構(gòu)件進(jìn)行不均勻加熱，在加熱過(guò)程中，只要溫度高于材料屈服點(diǎn)的溫度，構(gòu)件就會(huì)產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻后，構(gòu)件必然有殘余應(yīng)力和殘余變形 。 seppp xfxf ????? ???????實(shí)際上， 殘余外觀變形 ： ε39。[39。39。[)39。 ? ： ? 在 500℃ 以下，屈服點(diǎn)與常溫相同，不隨溫度而變化； ? 500℃ ~600℃ 之間，屈服點(diǎn)迅速下降； ? 600℃ 以上時(shí)呈全塑性狀態(tài)，即屈服點(diǎn)為零。 加熱－膨脹－受拘束－產(chǎn)生溫度應(yīng)力（壓應(yīng)力）＋壓縮屈服變形 冷卻－收宿－受拘束－產(chǎn)生殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力）＋拉伸屈服變形 (3)相變應(yīng)力 ? 相變應(yīng)力： 材料在凝固冷卻過(guò)程中，由于組織轉(zhuǎn)變，帶來(lái)體積尺寸變化，產(chǎn)生的應(yīng)力。 ? 產(chǎn)生條件： 受熱不均勻 ? 溫度均勻結(jié)果： 應(yīng)力殘留或消失 (如果溫度應(yīng)力不高，即低于材料的屈服極限， ，亦即溫度應(yīng)力在彈性范圍內(nèi)時(shí)，在框架中不產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)框架的溫度均勻化后，熱應(yīng)