《焊接结构实验》PPT课件.ppt

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1、 钢结构中焊接残余应力钢结构中焊接残余应力测试实验测试实验 1 绪论绪论 随着生产的发展和科学技术的进步，焊接技术随着生产的发展和科学技术的进步，焊接技术已经广泛应用于桥梁、建筑等各个领域，对国民经已经广泛应用于桥梁、建筑等各个领域，对国民经济的发展起着极其重要的作用。焊接时，由于高度济的发展起着极其重要的作用。焊接时，由于高度集中的瞬时热输入，构件焊后将产生相当大的焊接集中的瞬时热输入，构件焊后将产生相当大的焊接残余应力和变形，这将对焊接接头的各种力学性能残余应力和变形，这将对焊接接头的各种力学性能产生不同程度的影响。因此，对焊接残余应力的测产生不同程度的影响。因此，对焊接残余应力的测试，对

2、焊接残余应力的分布规律的研究具有十分重试，对焊接残余应力的分布规律的研究具有十分重要的理论意义和现实意义。要的理论意义和现实意义。1.1 焊接残余应力对焊接结构的影响焊接残余应力对焊接结构的影响1、对结构强度的影响、对结构强度的影响2、对结构加工尺寸的影响、对结构加工尺寸的影响3、对压杆稳定性的影响、对压杆稳定性的影响4、对应力腐蚀的影响、对应力腐蚀的影响1.2调整和减小焊接残余应力的方法调整和减小焊接残余应力的方法（1）焊前减小焊接残余应力和改善残余应力的分布焊前减小焊接残余应力和改善残余应力的分布可以可以从两个方面来解决：从两个方面来解决：设计上设计上：尽量减小焊缝的截面尺寸：尽量减小焊缝

3、的截面尺寸、将焊缝尽量布置、将焊缝尽量布置在最大工作应力区之外在最大工作应力区之外、尽量防止焊缝密集和焊缝交、尽量防止焊缝密集和焊缝交叉叉、局部降低刚度、采用合理的接头形式、局部降低刚度、采用合理的接头形式。工艺上工艺上：合理的选择装配焊接顺序、局部加热法减小：合理的选择装配焊接顺序、局部加热法减小应力应力、锤击法减小焊接残余应力等、锤击法减小焊接残余应力等。（2）焊后焊接残余应力调整和松弛的方法焊后焊接残余应力调整和松弛的方法主要分热处理主要分热处理法和加载法两类。法和加载法两类。加载法加载法又分为拉伸法又分为拉伸法、温差拉伸法和振动法三种。、温差拉伸法和振动法三种。1.3 焊接残余应力测试

4、的主要方法焊接残余应力测试的主要方法按结构是否破坏分为：按结构是否破坏分为：也可分为也可分为 图图1-11-1表示一块钻有小孔的钢板，在钢板的应力场中表示一块钻有小孔的钢板，在钢板的应力场中钻钻出一个小孔出一个小孔后，应力场原来的后，应力场原来的平衡状态将受到破坏平衡状态将受到破坏，使，使小孔小孔周围的应力分布发生改变周围的应力分布发生改变，应力场产生新的平衡应力场产生新的平衡。若测得钻。若测得钻孔前、后小孔附近孔前、后小孔附近应变量的差值应变量的差值，就可以根据，就可以根据弹性力学弹性力学理论理论推算出小孔处的内应力。推算出小孔处的内应力。为了测得这种应变量的变化，在离小孔中心一定部位处为了

5、测得这种应变量的变化，在离小孔中心一定部位处贴上贴上应变片应变片，且各应变片间保持一定角度（图，且各应变片间保持一定角度（图1-11-1）。分别）。分别测出测出钻孔前、后各应变片的应变值钻孔前、后各应变片的应变值。便可按下式算出主应力。便可按下式算出主应力的大小和方向。的大小和方向。1.4 小孔法测量焊接残余应力的基本原理式中1、2主应力；A、B、C 分别为电阻应变片A、B及C的应变量差值；主应力与第一个应变片轴线的夹角；R为孔半径；r1、r2应变片两端与孔中心的距离；E、弹性模量、泊松比。2 小孔法测量焊接残余应力小孔法测量焊接残余应力实验实验纵向残余应力纵向残余应力XX：指应力作用方向与焊

6、缝平行的残余应力。：指应力作用方向与焊缝平行的残余应力。X 在在整条焊缝上的分布整条焊缝上的分布：横向残余应力横向残余应力横向残余应力横向残余应力 ：垂直于焊缝的应力垂直于焊缝的应力。2.1实验设备实验设备（1）试样：普通低碳钢，见图2-1。2.2 实验过程打磨平焊缝并贴好应变片的钢板（2）焊接设备及测量设备埋弧焊机静态电阻应变仪（3）其他设备）其他设备除用到以上设备外，另外还用到型号为Z4116的台式钻床、铁纱布、丙酮、胶水、绝缘胶带、导线、焊锡工具、直径为3mm的钻头、美工刀等。2.2 实验过程实验过程（1）工件的预处理）工件的预处理 埋弧焊焊接的方法在样板上堆焊，用砂轮将表面磨平，埋弧焊

7、焊接的方法在样板上堆焊，用砂轮将表面磨平，用砂纸打磨用砂纸打磨 表面粗糙度达表面粗糙度达Ra1.6。（2）应变片粘贴）应变片粘贴 应变花粘贴面用棉花球蘸少许丙酮轻轻擦洗，以保证应变花粘贴面用棉花球蘸少许丙酮轻轻擦洗，以保证粘贴面无油污，并严禁与手指接触。在应变花粘贴面上滴粘贴面无油污，并严禁与手指接触。在应变花粘贴面上滴上一小滴胶液，薄薄一层，以上一小滴胶液，薄薄一层，以1号应变片对准参考轴，放置号应变片对准参考轴，放置在工件表面，应变花上面覆盖一张薄膜，用手指滚压在工件表面，应变花上面覆盖一张薄膜，用手指滚压12分钟。接线端子的连接。分钟。接线端子的连接。（3）焊接导线并连线。）焊接导线并连

8、线。（4）钻孔并测量应变值）钻孔并测量应变值（深度不同测（深度不同测3应变值）。应变值）。2.1实验设备（5）测量结果（5）测量结果）测量结果分别对两组测量点以及焊缝上的点进行测量，记录测量结果。第1组测量点第2组测量点焊缝1.与焊缝垂直方向上的残余应力分布2.与焊缝平行方向上测量点焊接残余应力测测点点孔径孔径/mmA/B/C/测测量点量点132448576测测量点量点23-14102133测测量点量点3362163213测测量点量点432190211测测量点量点53293228-7测测量点量点63-8870233测测量点量点73-441569测测量点量点83-35143341测测点点孔径孔径

9、/mmA/B/C/测测量点量点1.13327210-133测测量点量点2.13426526测测量点量点3.13-5978110测测量点量点4.13975616测测量点量点5.131507225各个测量点的三个方向上的应变测量值：各个测量点的三个方向上的应变测量值：2.3 测量数据的计算和分析测量数据的计算和分析对x和y两个方向分别进行分析：与焊缝平行（x方向）和与焊缝垂直（y方向）分别进行纵向残余应力和横向残余应力分析。根据材料力学推导出的公式：根据材料力学推导出的公式：横向残余应力横向残余应力:=纵向残余应力纵向残余应力:计算求得纵向残余应力x和横向残余应力y的值见下表：测测量点量点x/M

10、Pay/M Pa测测量点量点16034测测量点量点25.929测测量点量点32852测测量点量点41949测测量点量点5661.8第1组测量点测测量点量点x/M Pay/M Pa测测量点量点1.165-7.9测测量点量点2.1118.7测测量点量点3.1-5.621测测量点量点4.12310测测量点量点5.13616第2组测量点与焊缝垂直方向上的残余应力分布（5）测量结果第1组测量点第2组测量点焊缝纵向残余应力纵向残余应力x分布分布x理论分布曲线实验测得x分布曲线距离/mm距离/mm横向残余应力横向残余应力y分布分布距离/mmy/Mpa点1y/Mpa点5.1点5.1距离/mmy实验曲线y理论曲

11、线焊缝y2.3.2 与焊缝平行方向上测量点焊接残余应力分布与焊缝平行方向上测量点焊接残余应力分布与焊缝平行的点的纵向残余应力x和横向残余应力y的计算值：测测量点量点x/M Pay/M Pa测测量点量点32852测测量点量点3.1-5.621测测量点量点6-4.147测测量点量点7-9.3-0.95测测量点量点815.275（5）测量结果纵向残余应力纵向残余应力x分布分布理论曲线距离/mm实验测得的x分布曲线第1组测量点第2组测量点焊缝理论曲线横向残余应力横向残余应力y分布分布（a）短焊缝 （b）中焊缝 （c）长焊缝实验测得的y分布曲线y/Mpa距离mm第1组测量点第2组测量点焊缝2.4 应力释

12、放过程应力释放过程 为了研究钻孔过程中焊缝中残余应力的为了研究钻孔过程中焊缝中残余应力的释放过程释放过程，特，特测量在测量在不同钻孔深度时的应变值不同钻孔深度时的应变值，结果见下表：，结果见下表：测测量点量点1/2/3/测测量点量点17685244测测量点量点5-7228293测测量点量点1.1-133210327测测量点量点4.1165697测测量点量点5.12572150 随着钻孔深度的逐渐增加，应变值逐渐增大，在钻孔结束时应变达随着钻孔深度的逐渐增加，应变值逐渐增大，在钻孔结束时应变达到最大值。由此可以看出，到最大值。由此可以看出，随着钻孔深度的增加，焊缝中的残余应力的随着钻孔深度的增加

13、，焊缝中的残余应力的释放也是越来越大。释放也是越来越大。该实验结果对研究的钢结构中残余应力变化过程具有重要意义。该实验结果对研究的钢结构中残余应力变化过程具有重要意义。实验结果分析：实验结果分析：采用小孔法对焊缝纵向残余应力采用小孔法对焊缝纵向残余应力x和横向焊接残余应和横向焊接残余应力力y的测定，并绘制残余应力的分布曲线，该曲线的测定，并绘制残余应力的分布曲线，该曲线部分验部分验证了理论上焊接应力证了理论上焊接应力在钢结构中的分布。在钢结构中的分布。另外，有部分点的应力值与理论值差别较大，这可能另外，有部分点的应力值与理论值差别较大，这可能是是实验过程中出现的误差或者其他因素实验过程中出现的误差或者其他因素造成的，还有待进造成的，还有待进一步研究一步研究。前言：内容简介：结结 束束