【哈爾濱工業大學】《焊接結構學》精品課 P31 - 32. 32 焊接應力與變形（六）

就這樣一個特點會導致什麼問題呢 第一呢 是在高溫下進行的芯流會發生什麼變化 這個呢 這個圖呢 就不跟大家說了 那這個圖的前面也大家已經講過了 鈦合金鋁合金和鋼材的話 和溫度相關的這個趨平力和溫度相關的這個圖上 那麼他們有各自不同的特點 那麼另外一個就是平面假設的準平性降低 因爲我們前面分析的時候都以平面假設爲基礎 通過平面假設來最後確定我們這個陰力大約是多少 或者自由變形量是多少 那麼最終的反推出來結構的硬力是多少 這樣來算出來 前面的我們所有的說的時候都是以這個 都是以硬力平衡和這個和這個 力矩平衡來進行分析的 那麼他分析的前提就是這個平面假設 平面假設 我們有了平面假設之後 我們來分析這個 以硬力平衡來分析這個力矩平衡 這是前面提到的 如果說這個時候我們這個平面假設 如果是平面假設不成立的話 那麼這個呢就這兩個就不一定有這樣一個關係 這樣我們沒辦法算出來他的這個外觀變形量 那麼這個外觀變形量算出來 前面大家回憶一下 如果外觀變形量算出來的話 我們就沒辦法算出整個結構的內部 內部的陰力和變形 尤其是陰力沒辦法算出來 那這個呢 他這個平面假設降低的這個主要原因 就是說我加熱的時候 不是在中心的一條線直接加熱的 不是對稱加熱的 是在一個局部區域加熱的 但是呢 我們這個書裏面有這樣一個 有這樣一句話 在焊接速度比較快的情況下 材料找的心理比較差的條件下 那麼在這個 比如這裏面 對於地攤鋼和這個 這個金屬金鋼來講 還可以用這個平面假設來進行分析這個過程 尤其是在焊接這個後方 融至後方 有一個溫度相對比較低的這個區域 還是可以用這種方法來進行分析的 那麼這個呢 就是我們這個 這本書裏面的一個重點 就是焊接應例和變形的演變過程 這個是比較重要的一個內容 那他在這裏 首先呢 他分析的時候也是 因爲前面說到了 在這個前面 我們在融池那附近 或者在這個融池上 那麼你來分析這個應例和變形 有一個問題 爲什麼就是在那些區域 這個實際情況 和平面假設差別太大了 那麼在融池後方一定的區域呢 他還是近似的認爲是符合的 那這樣他分析的時候呢 就是從融池後方的一定區域開始分析 就是已經 融化區域就在融化區範圍內 在一個比較低的溫度 比如說在這裏面呢 大家可以看一下這個示意圖 這個區域呢 假設是融池的話 他從這個融池後邊 一定距離開始畫了這麼幾條線 他在這個分析的過程中 他這個基本的思想是什麼呢 由於我這個整個的這個電弧呢 是從這個下面的一直往上走 對吧 他這個底是從下面一直往上走 那麼他實際上 我現在在這個融池後方一定的距離這個位置 和我再再往後一點的這個位置 他們相對來說就是差了一個時間上的一個時間上的一個差別 比如說大家看一下這條線 那麼實際上對於我們這條線來講 這條線是不是原來也經歷過這個前面這條線相同的這個溫度循環 對吧 都是一樣的 包括這個第四條線 第四條線實際上也是經過了從融化 一直開始慢慢變到這個變到降到這個溫度比較低的這個情況 他一直都是都是這樣一個變化過程 所以說呢 這裏邊我們對於一個截面 某一個截面 他的這個隨着溫度的變化過程呢 實際上是可以通過這個幾個距離不同的這個位置來進行分析 都是一樣的 那麼看一下對於整個的這個第一條線 那麼這第一條線呢 就是在這兒 這個第一條線選擇的原則是什麼呢 在焊接這個過程的時候 大家記得這個溫度的分佈是怎麼樣的嗎 大家還記得就當時這個講這個溫度分佈的時候有這樣一個 大家還記不記得有這樣一個一條線 就最高溫度這條線 大家記得吧 就對於每一個每一個等紋線 那這個是個等紋線 對吧 每個等紋線都有一個最高的這個最寬的溫度範圍 對吧 每個等紋線都有一個最寬的溫度範圍 那麼這個等紋線呢 也有這個最寬的溫度範圍 那麼這條呢 也有最寬的溫度範圍 那麼這樣的話 在對於前面 那這條線前面的這個區域呢 它是受到一個什麼 對於這條線前面的點 它將來會怎麼樣呢 它這個溫度會怎麼樣變化呢 現在升高了 對吧 那麼對於這條線後面的點呢 會怎麼樣 隨着這個它過去了之後 這個溫度是降低的 對吧 那這裏面呢 實際上它選擇這裏面選擇第一個截面的時候就選擇600度一個等紋線 對應的那個寬度 你選擇的是600度 比如這個是600度的話 就600度等紋線最寬的那個區域來取 那麼也就是說呢 這裏這個第一條線 這個這個位置 那麼對應600度 它的這個這個等紋線來講 它就是最寬的這個位置來取 那麼爲什麼取600度 那麼來進行這個取 那麼也是和我們前面這裏面提到的這個 這個它的材料的一個基本的屬性是一致的 那麼這樣取的話 會保證一個什麼樣的一個情況呢 如果這麼取的話 就會保證它的塑形區域是最寬的 來看一下這個 那就說呢 我如果說這個600度這個區域是最寬的 那就能保證這個區域是最寬的 對吧 實際上它就是這樣一個基本的一個思想 那麼在這個時候 我們看一下這個和我們前面分析杆的情況是不一樣了 對吧 這個時候它已經變成一個板了 那這個時候和我們前面分析這個什麼時候一樣 分析那個中間加熱的時候很類似也是一樣的 那麼對於這個時候 我們看一下這個截面上它的應力應該是怎麼分佈的 那麼對於600度以上的這個區域 如果這個板材的這個板材的寬度 那麼對於處於600度溫度以上的這個這個區域來講 那它呢 這裏面它的應力爲零 對吧 那麼兩側呢 那麼隨着進一步的這個兩側的溫度進一步的降低 就是從600度一直降到500度 那這個時候它應該受到一個什麼力的作用呢 在600度往外的話 因爲它這個溫度升高了 對吧 但是又應該有一個壓縮的促進變形 對吧 它這個時候會產生壓應力的作用 那當達到這個500度的時候 那這個時候它已經達到了一個區域 這裏面大家也可以看一下 如果變形是這樣的 那就是說我在加熱的過程中 這個板材肯定是伸長了 對吧 那麼這個時候它這個自由變形量呢 就是這樣一個自由變形量 在板材邊界的位置 這個地方它的溫度是怎麼樣 是跟初始溫度差不多 對吧 那這樣的話就說明在這些位置 它這個自由變形量是多少 接近於零度是吧 那這樣的話它這個整個 那就有在邊界這個位置 它就會受到一個拉應力的作用 因爲整個板材的自由變形量呢 它這個外觀變形量是伸長了的 那在邊界的位置呢 我的這個自由變形量是這個爲零 那這樣的話它整個是受到拉應力的作用 那這邊呢是受到這個壓應力的作用 那麼最終呢它這個區域呢 就是這樣一個分佈的一個形態 關於這些位置 就這個位置 這地方就說明這些位置 就發生了一定的 呃 屈服 那麼它發不發生屈服 就跟這個整個這個結構的這個尺寸呢 各方面都是有關係的 那麼說我如果說這個結構呢非常長啊 這個板材非常寬的話 寬度非常寬的話 那麼假設大家可以想 假設一下 那這個如果這個板材非常非常寬 那它有可能這個地方呢就沒有 就不會達到屈服 爲什麼呢 因爲能承受這個拉應力的區域更大了 對吧 那就整個的它可以不在不屈服的條件下 能夠提供足夠的這個力 來和中間的這個壓縮 壓縮這個區域這個力能相平衡 那就肯定了就這個位置不成問題 所以說呢 這個地方是不是平的 那麼和這個結構的這個寬度呢 還是有關係的 這點希望大家能夠清晰 那麼之後呢 我們到了下一個階段 那麼就相當於我這個第一個截面的冷卻了一段時間之後 到了第二個截面的時候呢 這個第二個截面選擇原則是什麼呢 就是剛好使得它中間的這個最高的溫度爲600度 那麼也就是說從這開始 它所有的地方都開始恢復 都具有彈性了 那麼這樣的話呢 我們來分析一下從這種狀態變到這種狀態 那麼它的這個應力是怎麼分佈的 那首先呢 有一點就是說我們看600度這一點 那從900多度的一直降溫 降溫到600度 那這個過程中它會產生什麼呢 就降了300多度嘛 對吧 自由變形量它會產生 因爲這時候在整個的這個過程中呢 有一個什麼假設 假設它這個外觀變形量基本是不變的 或者說外觀變形量和自由變形量相比很小 那麼這個時候自由變形我們怎麼算 從900度降到600度 那這個時候它會產生多大的這個自由變形量呢 會產生這麼大一個一個這個一個變形量 一個變形量 那麼這個時候它產生的這個變形量是一個是一個什麼變形量 拉伸的對吧 因爲它溫度降下來 那麼它還要縮短 那麼這個時候呢 它周圍由周圍受到約束的作用 那麼它受到這個產生的一個拉伸的速度 拉伸的應變 那麼由於這個時候 它在600度還一直處於600度以上 那這個時候它沒有彈性應變 對吧 它所有產生的這個應變都是速性應變 那這樣的話 我們看這個這一點 最近到600度這一點 那麼這個時候它的這個用力爲零 或者說它的彈性應變爲零 那麼之後我們再看跟它相鄰的這個區域 這個時候它的這個溫度已經降到600度以下了 降到600度以下 那麼這一點它應該具有什麼呢 就是自由變形還是拉伸的這個這個位置 但是這時候它已經具有彈性的能力了 對吧 那麼這個時候它對應下來 對應下來這麼一個一個點 那麼這一點呢 它這個位置呢 就可能去它相鄰的這個位置產生一個彈性的這個一個原料 然後呢 剩下這個下面這條線也是由於這個溫度差產生的 比如說從這一點 從這一點的溫度 那降到這一點這個溫度 它這個過程中 它所產生的這個溫度的差別 而進而產生的這個零度T 是這個整個的數 那麼我們減去其中的這個彈性的這個應變量 剩下的這個下面這個白色這個區域 就是它所對應的這個速性的應變 那麼這裏面還有一個點 那麼這個值得注意的就是什麼呢 就這一點 那麼這一點呢 在一開始的時候呢 它這個地方是屈服了 已經發生屈服了 對吧 那麼之後我們在下面這個圖裏面看到一個什麼情況 同樣一個位置 那麼這個圖裏面時間更長了之後 對於低溫的那些區域 它有可能這個相對應的點的溫度有可能提高了 對吧 比如說我們前面的漢奉中心 漢奉中心呢 它的溫度是降低了 由於我們這個板在加熱過程中 它要慢慢均勻化了 對吧 就距離比較遠的位置 它的溫度還有可能提高了 對吧 包括我們從前面看那個這個整個的這個 這個分佈來講 這個容許的話 那麼就是說呢 它這個最高溫度的一個這個區域是往越往越寬的 比如說這裏邊我們這個 就是它這個對應一定的特定的溫度 那麼它的這個整個的最高最寬的這個範圍是越來越寬的 所以在我們這裏邊呢 就有可能在這個這個位置 那在這個位置的時候呢 一開始的溫度很低 但是由於傳熱的作用 那麼到這一時刻 這個位置的溫度呢 比原來還高了 對吧 比原來還高了的話 那這個地方呢 實際上呢 還是還會受到這個壓縮速度的作用 對吧 但是由於這個時候 它本來這個位置已經屈服了 對吧 那之後它又產生了 這又產生這麼高的這個溫度差別 產生這麼高溫度差別 那這些東西幹什麼 做了什麼呢 就變成了速性的預電了 對吧 所以這個地方呢 這個這個白色的區域呢 也是它現在這個位置 屬於一個壓縮速度的一個區域 那麼進一步 我們如果來進一步的再降低 降低到這個500度以下 那麼這個時候中間這些位置呢 它的這個就是這個溫差啊 都可以使得這個中間這個位置都產生屈服 對吧 這個點這點呢 假設一開始是600度 那麼這個時候我把它這個溫度呢 這個降到500度以下了 那我們看中間這點 它肯定這時候就已經又已經屈服了 對吧 就會產生一個拉伸的這個屈服的一個作用 都是一樣的 結果呢 它慢慢的這個區域呢 就這個拉伸的這個屈服區越來越緩 然後呢 這個溫度呢 在慢慢的也在均勻化 到最後的時候 冷卻到室溫的時候 看一下我們前面講的時候 在這個焊接過程中 它一直處於加熱過程中 那麼它加熱 那這樣的話 它整個這個板子呢 應該是伸長的 那它這個外 這個外觀面形量就應該是正的 對吧 外觀面形量就是一個伸長的一個面形量 對不對 那麼說 如果說我焊完了之後 離得已經很遠了 那麼這個時候 我中間的這個焊鋒的基礎往回縮 然後這個時候它溫度又已經均勻了 就是比如說原來是二十度焊的 那麼這個時候又變到二十度左右了 那麼這個時候 它相當於這個時候 它的這個由於溫度產生這個硬變量 它有沒有自由變形量 有沒有 先不說這個問題 我還說一下 那麼這個時候 它這個外觀 它這個外觀面形量應該變成什麼樣的 它這個外觀面形量應該變成負的了 對吧 就變成原來是縮短 對不對 所以你所謂的外觀面形 就是我焊完了之後 它應該是什麼樣的 我焊了之後 中間焊了之後 就中間進行焊接 焊接完了之後 我中間產生了一個拉伸的硬力 在這個拉硬力的作用下 那這個板子會變短吧 這個和我們前面講的什麼很相似呢 就是和我們前面講的那個一個板子中間受熱的情況很相似 那麼如果說這個板 我把它加熱的溫度非常高的話 中間加熱溫度非常高的話 中間那個區域產生了這個速性的這個速性的這個變形 加速性變形 我降溫降回來之後 降降回來之後會怎麼樣呢 大家還記不記得了 這個地方我一開始加熱的過程中產生了一個壓縮的速性變 對吧 如果冷卻過程中之後 它應該是比原來短了 對吧 中間的地方比原來短了 對吧 就是假設是中間比原來短了一些 那麼由於它是平面假設嘛 因爲講到平面假設 那最終呢 就會使得整個的結構呢 是這樣的 對吧 它會產生一個縮短的這個外觀變形 那這個裏面也是一樣的 到冷卻到室溫的時候 它這個外觀變形量呢 是負的 對吧 然後這個時候我們再看一下 由於中間呢 是受到了一個非常大的這個拉延力的作用 那這個時候呢 兩側應該受到什麼力的作用呢 兩側就受到壓延力的作用了 對吧 那這個時候呢 它也有可能產生出質 那這個呢 和我們前面所說的一樣 也都是和這個結構的這個尺寸有關的 就是說由於兩側 我們對兩側這個結構來講 整個過程中 它是有升溫降溫的過程 但是它升溫降溫之後 那麼它呢 由於這個位置沒產生什麼這個曲弧啊 沒產生這個沒有沒有這個塑形變形 那它這個降回來之後 那麼它的這個自由變形應該是多少 就是我這個邊界 我們看邊界的話 這個這個位置升溫上去 然後再降到室溫 沒有發生塑形變形 那麼這個位置它的這個 它這個自由變形量應該是多少 這個變形量應該是零對吧 那麼這個時候 它的外觀變形量呢是什麼呢 它外觀變形量是怎麼樣的 它外觀變形量不說了 我剛纔說了 這個外觀變形量一個系統義呢 是一個小於零的數字吧 對吧 是不是 那這樣的話 它一減呢 應該是這個內部變形量應該是多少 一個系統義減一個系統系吧 對吧 那這樣的話 那它這個位置呢 它這個硬變的應該是小於零的 對吧 小於零的 你小於零的話 就說明這些位置是壓的 對吧 是壓縮的 那麼這個和加熱過程不一樣 就在哪 加熱過程中 由於這個火中間受熱 使得整個的這個外觀變形量呢 是正值 冷卻回來之後 那麼這時候這個外觀變形量 變成了負值 那這個這個過程中呢 肯定是有一個有這麼一個時間 正好是這個外觀變形量爲零的時候 對吧 肯定是有這麼一個時間 大家可以想象 因爲加熱過程中呢 這個板變長了 整個我們要以平面顯示看的變長了 冷卻過程中呢 又比原來的變短 肯定是有這麼一個過程的 但是我們就說這個過程是存在的 不用分析具體在什麼時候 我們就分析到最後這個區域 最後的這個時刻 它這個位置是受到一個 受到一個 壓印力的 那麼這個壓印力的大小 那麼最後我們就看這個 這個一個形容義呢 到底有多大 有多大 我們可以通過一個一個的方法來算 到底有多大 如果是這個一個形容義超過了它 在這個時候它的這個驅除印力的話 那麼這個時候它就是被驅除了