【哈爾濱工業大學】《焊接結構學》精品課 P35 - 36. 36 焊接應力與變形（十）

我給大家講這管接頭受力的情況的時候 主要講的是就是沿着這個焊縫這個方向的 這個應力的分佈 軸向的應力分佈 對吧 那麼關於它這個關於它在這個橫向上 也就是它這個軸向的應力分佈是怎麼樣的 上期還沒給大家講是吧 上期給大家說這個的時候 就那個圖 當時給大家說的時候是這樣 上次給大家講的時候 應力分佈是這樣一個狀態 對吧 大家還記得吧 還記得吧 所以當時給大家說的時候 就是對於這種 環形的焊縫 這種管接頭的焊縫 那這種焊縫呢 我們可以做一個 我們可以做一個假設 假想 就假想它的直徑無限大 假想它直徑無限大的時候 實際上這樣一個管接頭 就相當於一個對接接頭了 對吧 這樣的話呢 它這個應力這個這個應力的狀態 和我們對接接頭是很相似的 那麼關於這個具體這個幅度是多高 或者是這個寬度會怎麼樣 那麼它呢 是跟一些它的具體這個參數的相關的 那麼大家可以看這個表了 就可以知道這些因素呢 壁厚啊等等對它的影響 我們可以通過這個表看出來 那麼關於這個結構它的 比如在這個中心焊縫上一點 那在這一點 那它的這個橫向應力是什麼樣的 就是這個方向的應力是什麼樣的 焊完了之後 這個地方產生了收縮了 對吧 這個焊縫焊完了一圈之後 那這個焊縫就會產生收縮 對吧 那這樣的話 我們可以把這個東西做個 做一個假設過去 做個假設過來 那就相當於呢 我這個這邊的這個結構的不變 尺寸不變 那這邊呢 這個尺寸也不變 如果中間的焊縫會怎麼樣呢 焊縫會變細了 收縮了 對吧 那縱向收縮 橫向收縮 縮完之後呢 又會變得比原來更加更細 我們講這個最廣的來講 就更粗更細了 對吧 原來更細了是吧 那這個直徑就會變成這樣一個形態 對吧 這就是它的壁厚 這是它的壁厚 這個是它的壁厚 那麼由於我們知道這個結構呢 它焊完了之後 這個中間的焊縫不是不可能獨立的 就變成就變成這樣了 就就 是不可能變成這樣的 因爲什麼呢 因爲周圍的這個居數 對吧 那這樣的話就會使得這個管子被動的被拉長 對吧 和使得這個地方的這個 出現一個非常這個圓滑的一個過渡 那麼最終變成一個什麼形態 變成這樣一個形態 看上面 那這個呢 就是這個地方的局部放大了 就過了 這個位置呢 基本上就是變形完之後 就是它協調變形完之後的一個形態 這個形態原來的焊縫呢 是這樣的 那原來的它的直徑是這樣 然後被被動拉長了之後 那就相當於我這個東西呢 這個從它的這個這個方向上看 就是它這個周向上看 但是是被拉長了 對吧 被拉長了之後呢 就會在中間產生這麼一個拉應率 那這個呢 就是這個環向上的 周向上的這個這個狀況 那麼對於橫向上 就對這個方向來講 對這兩個這個方向來講 那麼這個方向它是什麼樣一個形態呢 實際上的這個過程中的 我這個橫向的是有收縮的 對吧 焊機過程中橫向是有收縮的 對吧 因爲原來你焊了之後 實際上這個地方的 它本身這個橫向也進行收縮 焊縫的結果 但是你橫向的這個收縮是會不會受到限制呢 你的管子是不是可以自由移動啊 如果焊的時候 這管子比如我這個橫向我要收縮 我橫向收縮的時候 它受不受限制 它基本上是不受限制的 對吧 可以自由地跟過來 就說 因爲你不像我們這個縱向 我縱向我要收縮的時候 這個管子有一個有一個剛性的固定 對吧 會有一個有個作用 那麼使居住作用 那麼使得它這個地方不讓它這個自由收縮 有這樣一個一個作用 但對於橫向來講的 我的橫向收縮的話 理論上來說 我縮多少 它是可以讓它縮進來的 因爲什麼呢 因爲這個管子在這個方向上沒有居住 對不對 所以它橫向上的一個力呢 實際上是不是很大的 那這個時候我這個結構 最後它是在這個位置 這個焊縫的位置 它受一個什麼力呢 實際上這個過程要分析的話 它主要是受一個彎曲的作用 彎曲的作用 就像我們一個 我們把這個這個就是板子的一小條 把這個板子抽向出來一條一條一個一個接口 那實際上就相當於這個板子的最後都被彎了一下 對吧 原來那是平的 這個這個是平的 那最後呢 由於這個變形的話 它被彎了一下 被彎了一下 被彎了一下的結果就會使得這個上表面產生一個什麼用力作用呢 那麼原來是個平的一個一個一個板條的話 如果這個板條被彎了一下 這樣彎曲的話 彎曲完了之後的上表面的這個方向受到什麼力 我們抽向上一個比較大一點的東西來看 那麼這個是它的中心線 這時候它受到一個彎矩的作用 那我要問一下 這上表面受到什麼力的作用 應該是壓應力吧 這上表面肯定是受到壓應力 那所以呢 這個地方的上表面受到一個壓應力的作用 那一樣的 那下表面呢 它就受到什麼呀 拉應力 所以我們在分析這個這個管子這個問題的時候 如果說問大家這個整個在這上面的這個 中向上的應力分佈 那大家呢 就用這個來解釋就非常清楚了 如果說問焊縫上這個點 它在這個它的這個橫向上的或者軸向的受力是什麼樣 那就要分上表面了 對吧 上下表面它的結果是不一樣 我前面講的都是這個好版的情況 那麼對於這個後板的時候 比如板子比較厚的時候 或者是這個 其他的一些情況 這個時候我們這個應力是怎麼分佈的 那這裏面呢 他又舉了一個例子 那這個例子呢 當然還沒有這個直接進入一個後板的分析這個狀態 因爲這裏面他講的時候 主要還是講這個橫向的這個橫向力和這個縱向力 沒有考慮這個厚度方向的 實際上的對於這樣一個尺寸的25毫米這樣一個厚度來講 那麼這個時候 厚度方向應力已經存在了 不過呢 這個是他一個實驗的一個結果 這個實驗結果我們怎麼看 我們看一下 這個結構是多大呢 大家可以看一下都有尺寸 這個板子呢 這個這個板臺呢 大約是一米 寬度是910 厚度是25 是這樣一個結構 那這樣一個結構呢 他採用了不同的焊接方法 一個是採用這個自動焊的方法 有二氧化碳這種自動焊的方法 那另外一個焊接方法呢 他採用的是這個 手工的這個電弧焊 就焊條電弧焊 手工的焊接方法 或者是用那個 採用的一些這個包括二氧化碳也好 他採用的是手工焊接方法 不是用自動焊方法 那麼這個焊接方法焊接的時候 我們看一下對於這個結構 大家分一下這個先焊的是哪邊 後焊是哪邊 先焊的上面對吧 因爲你看這個整個的焊縫下面是一個完整的一個弧形 對吧 所以他焊的是先焊的上面 焊完上面之後 那麼對於自動焊來講 它走養一個過程 焊完了之後 背面要把它這個正面焊完了之後 要把它翻過來 翻過來的時候呢 不能直接進行焊接 因爲它有的時候在背面呢 有可能存在一些沒焊透啊 或者是局部的地方 可能有什麼缺陷什麼的 然後這地方呢 他還要進行一定的這個處理 這裏面講 氣格清根 清根處理 有的時候用這個電弧氣泡等等 就是用一些電弧的方法 把這個金屬呢 這個根部的金屬進行加熱 加熱到一個非常高的溫度 然後用一個高壓的這個氣體啊 壓縮空氣等等 把這個部分的金屬呢直接吹掉 淡一些特殊的氣體 壓縮空氣就可以 這些氣體就可以 把這個氣體 把這個裏面的融化金屬吹掉 那這樣的話 有缺陷的部分就被吹掉了 對吧 然後之後我再進行這個焊接 再進行焊接 那麼看我們通過這樣一個方法 來進行焊接之後 那麼他先正面焊一道 然後背面的再焊一下 焊完了之後 他這個整個的這個硬力分佈是個什麼狀態呢 和我們在這個薄板裏的這個 非常薄的板子裏 焊完之後 這個形態是很類似的 對吧 也是這個中間受這個拉硬力 兩邊的受一個高的這個壓硬力的作用 那我們講這個他的一個硬力 一個是用縱向收縮引起的這個硬力 一個是用一個橫向收縮引起的硬力 那麼我們對於這種結構來說 那麼他由於縱向收縮引起的硬力的形態是什麼樣的 縱向收縮引起的硬力會是什麼樣 那麼由於縱向收縮引起的硬力 我們上兩個講的大家說過了 對吧 由於縱向一收縮之後 他就會發生一個這樣一個這樣一個彎曲的趨勢 對吧 因爲這塊變短了嘛 所以我要再把他這個兩個的連在一起 因爲不像這樣有趨縮作用 那麼中間就會使得這個中間的地方受到一個拉硬力的作用 兩次受壓硬力 那麼就跟那個是一樣的 對吧 那形態是一樣的 還有一個呢 這個說他的這個由於橫向收縮引起的硬力是什麼樣的呢 上次大家還記不記得 上次他給大家講橫向收縮引起的硬力是什麼樣的 上次大家給大家也講過 橫向收縮引起的硬力和焊接的方法有關 對吧 焊接方法焊接順序有關 那我們這個焊接順序 我們從頭焊到尾的話 那麼最終他這個硬力狀態是什麼樣的呢 如果我們從頭焊到尾 直通焊 直接焊過來 那最終他這個硬力是什麼樣的 橫向硬力是什麼樣的 應該是什麼樣 兩邊應該受什麼硬力 對吧 這個從這個方向看來應該受拉硬力 對吧 最後焊這個先焊的部分焊了之後 由於在這個持續進焊的過程中 那麼最後焊的部分呢 它會冷卻 最後冷卻 對吧 最後冷卻的會受到一個拉硬力的作用 那又由於整個的結構 它的這個這個在這個地方 它要進行平衡 那平衡的時候呢 就會使得這個這個端部也會受到拉硬力的作用 那最後就會產生一個這樣的一個結果 對吧 會產生這樣一個結果 這樣一個一個一個應力分佈 就前面那個呢是什麼呢 前面那個應力分佈剛纔剛好相反對吧 是 那最後的這個整個的應力分佈就是這兩個力的疊加 是中間受這個 受的這個拉應力兩邊受壓應力 那也就是說呢最後它這個整個的這個結構 它的受力呢 還是受這個縱向收縮引起的這個衡量力的主導對吧 對這個這個厚度的尺寸的 這個板材這個方法來講 它這個時候還受到這樣一個應力的作用 這樣一個應力分佈的作用 那我們看一下在下面的 它換了另外一種焊接方法來焊接 一定焊接 那麼這裏面的它採用了這個五層的這個焊接方法 我們先焊了一層 然後之後呢就進行一個對稱的焊接也好 進行相關的焊接 焊接完了之後 它這個橫向的應力分佈 把這個實現的就是它這個直通焊的結果 從焊到尾這個結果 可以看出來的 基本上也是比較符合這個規律的 那麼只如果有了局部區域呢 會出現了一些下降這些問題 那可能還是這個 由於在這個我們原來也講過 就是說如果說 所以長度非常大的時候會怎麼樣 會有中間可能會有一個小小的凹陷 對吧 當然這個還是跟焊接方法有關的 那同時呢 如果說在某一個瞬間的話 某一個時刻 就這種特殊的方法 在某一時刻它焊完了之後呢 有可能出現一個某些局部區域呢 稍微低一點 那麼之後呢 再如果再和這個力呢 這些結架的話 還是有可能出現壓力的 但是一般來說 這種情況的比較少 一般還是主要受這個東西來主導 我們分析的時候呢 基本上就是你要把這個分析明白了 那縱向收縮分析明白了 那基本上呢 它那個結構的收益基本就是這樣的 這個地方出現一個凹陷的 可能還是有一些其他的因素 包括測量等等 這本來就是個測試結果 不過大家都比較信任它 反正它就是這樣一個結果 沒什麼說的 那麼另外一個 我們可以看一下另外一個問題 就是說它焊了之後 如果採用這個其他的方法 比如採用分段退焊的方法 分段退焊就是它的這個 焊接的這個怎麼說呢 比如我要焊這條焊縫 焊這條焊縫 那怎麼焊呢 那我是焊縫這個填充的方向 我從這某一點開始往這邊焊 填到這 然後之後填到這之後填滿了之後 我再從這一點開始 再往這邊焊 那麼也就是說實際我的焊接方向 就實際我的焊接方向 我這個整個的實際的焊接方向 就是宏觀上我的焊接方向是向這邊的 對吧 但是我的焊縫填充方向是跟它相反的 是跟它相反的 對吧 我用焊縫填充的方向 和我這個實際的焊接方向是相反的 那這樣的一個方法 分段退焊的方法 上次給大家講過 如果採用分段退焊的話 那這個這個結構 它最後的這個硬力呢 就會和這個直通焊有一定的區別 這裏面也是 採用分段退焊的方法 這個再翻一下下面那個圖 那麼就是說呢 這裏面如果說我這個採用了分段退焊的方法 那麼我從這焊到這 從這一點焊到這一點 從這個焊 從這塊焊到這邊 那這個過程中呢 它也會產生這個縱向收縮 它也會產生比較大的橫向收縮 對吧 橫向收縮 那這個時候它這個位置呢 就會產生一定的這個拉硬力 這個位置呢 也是產生拉硬力 對吧 從這個我們這個橫向上看 橫向收縮上看 那麼同樣 那麼這個焊過去也是這個地方會產生拉硬力 這個地方產生拉硬力 那麼這個中間的是壓硬力 對吧 就是橫向 從橫向收縮的角度來考慮 也就是說呢 它整個的這個這個硬力的變化 如果說不考慮其他的 那麼它應該就是一個這樣一個分佈狀態 拉硬力 暫時也不考慮縱向收縮的話 那麼它橫向收縮呢就是拉硬力 壓硬力 再拉硬力 再壓硬力 基本上就這樣一個這樣一個一個一個變化的這樣一個情況 對吧 由於呢 我們在在這焊的時候 我們看這焊的 從這焊到這 這個非常短的一條焊縫 那橫向收縮的結果就是產生一個這邊受拉 這邊受拉 這中間受壓的這樣一個硬力狀態 對吧 我在焊下一個的時候 它硬力狀態也是一樣的 這樣循環往後 就這樣一個狀態 最後我再把這個硬力和這個它的縱向收縮進行一定的這個進行一定的這個疊加 疊加完了之後呢 就產生了這個圖裏面的說的這個狀態 這硬力分佈狀態呢 我們看一下它的這個特點 就是說在這個最兩端呢 它也是處於一個壓硬力的狀態 這個呢和它的縱向收縮有關了 另外一個就是說它某些焊到它局部的這個橫向收縮非常大 它的這個力呢非常大 有可能超過這個制動焊的這個情況 這個呢 大家值得大家注意 這個分段推焊的方法呢 是對於控制焊劑變形的等是有一定好處的 但是對於這個這個方向的一個硬力 橫向硬力呢 它還是有還是有一定的問題的 還是可能產生在某些局部的區域可能產生非常大的這個橫向收縮硬力 那麼我們假設呢 這個我們也再看一下前面那個圖 看一下前面這個圖 前面這個圖當時給大家也講過了 這個大家還記得吧 對於制動焊來講 那麼焊完了之後呢 是兩邊受壓 兩邊受壓中間受壓的對吧 如果說我採用了不同的焊接方法 如果從中間往兩邊焊的話 會是什麼結果呢 中間受壓兩邊受壓對吧 那如果反過來 我從兩邊往中間焊 中間受壓兩邊受壓對吧 也就是說它這個不同的焊接這個順序 不同的焊接方法 對於最終的這個橫向收縮 它這個力是產生非常大的影響 很大的影響 同樣 這裏邊的這個結構 採用了這個分段退焊的方法之後 它的應力狀態 對於最後的應力狀態影響也是非常大的 也是非常大的 我們前面講的時候 如果制動焊的話 我們認爲呢 這個整個的應力基本上受這個縱向收縮的控制的話 如果存在分段退焊和分段焊的時候 那這個時候它這個由於橫向收縮引起的這個應力 就不能忽略 不能忽略 它也可能在這裏面會體現的非常明顯