焊接工程學(xué)(第七章)

第七章焊接應(yīng)力變形與接頭強(qiáng)度一、內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)部變形

第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程內(nèi)應(yīng)力是在沒有外力的條件下產(chǎn)生并平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力◎內(nèi)應(yīng)力在物體內(nèi)部構(gòu)成平衡，即內(nèi)力與內(nèi)力矩之和為零◎內(nèi)應(yīng)力不同于外載條件下產(chǎn)生的應(yīng)力◎不論是自由狀態(tài)下的焊接，還是拘束條件下（通過夾具緊固）的焊接，一般均有內(nèi)應(yīng)力出現(xiàn)

第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程1、內(nèi)應(yīng)力原因分析圖1內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的金屬框架模型只給右圖金屬框架的中心桿件加熱，兩邊的桿件溫度保持不變，中心桿件由于溫度升高而伸長，由于其受到兩邊桿件的約束不能自由伸長，中心桿件將受到壓力作用而產(chǎn)生壓應(yīng)力，兩邊桿件將受到中心桿件的拉應(yīng)力2、內(nèi)應(yīng)力的分類第一類內(nèi)應(yīng)力——宏觀內(nèi)應(yīng)力，與物體尺寸大小相當(dāng)，分布范圍較大第三類內(nèi)應(yīng)力——超微觀內(nèi)應(yīng)力，在金屬晶格的超微觀范圍內(nèi)平衡第二類內(nèi)應(yīng)力——微觀內(nèi)應(yīng)力，其范圍在一個或幾個晶粒的微觀區(qū)域內(nèi)平衡根據(jù)內(nèi)應(yīng)力的存在方式，分為瞬時內(nèi)應(yīng)力和殘余內(nèi)應(yīng)力第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程3、內(nèi)部變形①自由變形：物體在某些因素（如溫度影響）作用下，無任何外界阻礙而自由進(jìn)行的變形。

△LT=a·L0(T1-T0)單位長度上的自由變形，即自由變形率，用εT表示：εT=△LT/L0=a(T1-T0)=a△Ta、L0、T0、T1分別表示材料的熱膨脹系數(shù)、桿件的原始長度、原始溫度及加熱后溫度圖2自由變形第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程②外觀變形：當(dāng)物體的自由變形受到外界阻礙時只能部分表現(xiàn)出來的變形部分，即△Le。單位長度上的外觀變形，即為外觀變形率，用εe表示：εe

=△Le/L0③內(nèi)部變形：物體自由變形受到外界阻礙而沒有表現(xiàn)出來的變形部分，即△L。單位長度上的內(nèi)部變形，即內(nèi)部變形率，用ε表示：ε=△L/L0圖3外觀變形和內(nèi)部變形第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程④自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形之間的關(guān)系一般而言，當(dāng)材料拉伸時，其變形為正值；當(dāng)受到壓縮時，其變形量為負(fù)值。△L=-(△LT—△Le)=△Le—△LT；

ε=εe—εT在彈性范圍內(nèi)，內(nèi)應(yīng)力與內(nèi)部應(yīng)變滿足虎克定律：σ=E·ε=E·(εe—εT)圖4自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形的關(guān)系第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程二、熱循環(huán)中應(yīng)力與應(yīng)變的演變過程假設(shè)受拘束的金屬桿件為低碳鋼棒，其長度為單位長度，并固定在絕緣的剛性壁之間，對其進(jìn)行均勻加熱然后均勻冷卻至原始溫度，完成熱循環(huán)過程。假定熱循環(huán)過程中低碳鋼的熱膨脹系數(shù)為常數(shù)，其屈服應(yīng)變在500℃以下為常數(shù)，現(xiàn)分析當(dāng)桿件的內(nèi)部應(yīng)變小于屈服應(yīng)變時（ε＜εs），應(yīng)力和應(yīng)變的演變過程第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程由于金屬鋼棒在整個熱循環(huán)過程中被固定，故其外觀變形量εe=0；內(nèi)部變形量ε=εe—εT0—t1：隨溫度升高，壓縮的內(nèi)部變形量增加，壓應(yīng)力上升t1：溫度至最大值，內(nèi)部變形和壓應(yīng)力也為最大t1—t2：溫度逐漸降低，內(nèi)部變形及壓應(yīng)力減小t2：溫度降至原始值，內(nèi)部變形及壓應(yīng)力減至零圖5受拘束碳鋼棒熱循環(huán)過程中的應(yīng)力與變形第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程經(jīng)過以上的熱循環(huán)過程后，在低碳鋼金屬棒內(nèi)沒有殘余應(yīng)力和殘余變形，應(yīng)力和變形的大小隨時間而變化，且變化是瞬時性的第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程三、焊接過程中應(yīng)力和變形的形成1、焊接熱過程的特點(diǎn)①加熱的局部性——熱源僅作用在焊件的接頭部位，焊件上的溫度分布很不均勻，溫差很大②熱源的移動性——焊接過程中熱源沿一定方向移動，在焊件上形成一種準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場③加熱速度和冷卻速度快——可在短時間內(nèi)升至很高溫度并降至很低溫度，如加熱速度可至1500℃/s以上第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程圖6低碳鋼力學(xué)性能與溫度的關(guān)系1-彈性模量E；2-抗拉強(qiáng)度點(diǎn)σb；3-屈服點(diǎn)σs；4-膨脹系數(shù)α；5-伸長率δ焊接過程中應(yīng)力和變形的過程十分復(fù)雜，比一般的熱處理過程要復(fù)雜得多第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程2、焊接條件下應(yīng)力和變形的分布右圖為沿低碳鋼板條長度方向焊一縱向焊縫，焊后溫度升高造成的膨脹使端面從A′A平移至A1A1′，則A′A1為外觀變形εe

。在D′D區(qū)域內(nèi)溫度超過熱塑性溫度600℃，可認(rèn)為該區(qū)域內(nèi)σs=0，不產(chǎn)生應(yīng)力圖7低碳鋼長板條中心焊接的溫度及應(yīng)力分布第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程DC和D′C′區(qū)域的溫度從600℃的熱塑性溫度降至500℃的屈服應(yīng)變溫度，屈服應(yīng)變εs從零上升到室溫時的數(shù)值。這兩個區(qū)域內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力大小是隨屈服應(yīng)變εs的增加而增加。在CB和C′B′區(qū)域內(nèi)(εe-εT)＞εs，故內(nèi)應(yīng)變?yōu)槭覝貢r的εs并保持不變。AB和A′B′區(qū)域內(nèi)金屬完全處于彈性狀態(tài)，其內(nèi)應(yīng)力正比于內(nèi)部應(yīng)變值圖7低碳鋼長板條中心焊接的溫度及應(yīng)力分布第一節(jié)焊接應(yīng)力和變形的形成過程第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力是焊接后殘留在焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力。薄板時視為二維分布，厚板時則為三維分布一般而言，將平行于焊縫方向的應(yīng)力稱為縱向殘余應(yīng)力，σx；將垂直于焊縫方向的應(yīng)力稱為橫向殘余應(yīng)力，σy；厚度方向的殘余應(yīng)力用σz表示一、焊接殘余應(yīng)力的分布1、縱向殘余應(yīng)力σx焊縫附近的縱向殘余應(yīng)力σx為拉應(yīng)力。離開焊縫區(qū)，拉應(yīng)力迅速下降，隨后出現(xiàn)壓應(yīng)力圖8垂直焊縫截面的縱向殘余應(yīng)力σx第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力焊縫中縱向殘余應(yīng)力σx的分布并不完全相同，且與焊縫長度有關(guān)。長焊縫的中部區(qū)域σx基本保持一穩(wěn)定的常數(shù)，在焊縫的兩端σx逐漸降為零；隨焊縫長度的縮小，焊縫中部的σx穩(wěn)定區(qū)域逐漸減小直至消失；且短焊縫比長焊縫的σx應(yīng)力峰值小。若長焊縫進(jìn)行分段焊接，可減少焊件的σx圖9不同長度焊縫的縱向殘余應(yīng)力σx第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力2、橫向殘余應(yīng)力σy橫向殘余應(yīng)力σy由兩部分組成：焊縫及附近塑性區(qū)的縱向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力σy′以及焊縫及附近塑性區(qū)的橫向收縮不同時引起的橫向殘余應(yīng)力σy″①縱向收縮引起的橫向殘余應(yīng)力σy′：沿焊縫方向截面上的上、下端部為壓應(yīng)力，中部為拉應(yīng)力圖10縱向應(yīng)力σx引起的橫向應(yīng)力σy′第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力在與焊縫距離不同的截面上，σy′的分布不同：離焊縫越遠(yuǎn)，應(yīng)力值越小；當(dāng)焊縫長寬比（L/B）增加時，σy′將隨之增加。但當(dāng)焊縫足夠長時，中部區(qū)域的σy′將逐漸減小，甚至趨于零圖11不同長度焊縫的σy′分布第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力②橫向收縮不同時引起的橫向殘余應(yīng)力σy″：焊接過程中由于焊接熱源對材料的加熱存在時間上的先后順序，因此其冷卻不完全同步，這種冷卻時的不同時性將引起材料的橫向殘余應(yīng)力σy″圖12焊縫橫向收縮不同時引起的橫向應(yīng)力σy″第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力當(dāng)焊接構(gòu)件的厚度超過25mm時，除了有縱向殘余應(yīng)力σx和橫向殘余應(yīng)力σy外，在厚度方向還有殘余應(yīng)力σz下圖為碳鋼焊接后焊接接頭在厚度方向上的應(yīng)力分布。由于焊縫正面和背面均有水冷銅塊，故凝固過程中，中心部位冷卻最慢，中心部位就有較高的拉應(yīng)力3、厚板中的殘余應(yīng)力σz圖13低碳鋼焊接接頭的應(yīng)力分布σz第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力右圖為低碳鋼板材中的殘余應(yīng)力分布，中間為殘余拉應(yīng)力，兩側(cè)為壓應(yīng)力。在外力的作用下，構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)是殘余應(yīng)力和外力共同作用的結(jié)果

二、焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)性能的影響1、殘余應(yīng)力對靜載強(qiáng)度的影響圖14殘余應(yīng)力對材料強(qiáng)度的影響第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力構(gòu)件在外加拉力的作用下，殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力的區(qū)域?qū)⑴c外加拉力疊加而使拉力增大，直至屈服產(chǎn)生塑性變形；殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力的區(qū)域與外加拉力疊加后，壓應(yīng)力逐漸變小并轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。如果材料的塑性足夠好，使其全面屈服而不破壞，則殘余應(yīng)力的存在并不影響靜載強(qiáng)度第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力如果構(gòu)件是塑性較低的材料，在外加拉力的作用下，應(yīng)力峰值高的部位在發(fā)生塑性變形后應(yīng)力繼續(xù)上升，當(dāng)達(dá)到材料的最大抗拉強(qiáng)度后，構(gòu)件就會發(fā)生破壞。此時，殘余應(yīng)力的存在會影響其靜載強(qiáng)度圖15殘余應(yīng)力對材料強(qiáng)度的影響第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力2、殘余應(yīng)力對機(jī)加工精度的影響在機(jī)械加工時，如果構(gòu)件被切削部分的材料中有殘余應(yīng)力存在，機(jī)械加工后構(gòu)件中殘余應(yīng)力的平衡狀態(tài)將被破壞，殘余應(yīng)力將重新分布，并達(dá)到新的平衡。如，對T型焊件進(jìn)行平面加工后，工件將會出現(xiàn)翹曲變形；若在加工過程中用夾具將其夾緊，使之不發(fā)生變形，但松開夾具后，變形就會逐漸表現(xiàn)出來

對一些精度要求較高的構(gòu)件，保證加工精度最好的辦法是先消除焊接應(yīng)力，再進(jìn)行加工第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力對于某些細(xì)長的構(gòu)件（如豎立的柱），當(dāng)其長細(xì)比達(dá)到一定程度時（λ＞150），外載引起的壓應(yīng)力與構(gòu)件中的殘余壓應(yīng)力疊加，使該區(qū)域的應(yīng)力值達(dá)到屈服點(diǎn)以后時，可能會使構(gòu)件出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象3、殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)受壓穩(wěn)定性的影響圖16工字梁焊接后受壓時的應(yīng)力分析第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力4、焊接殘余應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕開裂的影響焊件在拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂，如低碳鋼在NaOH溶液中的腐蝕應(yīng)力腐蝕開裂的原因和步驟：①在腐蝕介質(zhì)中，構(gòu)件表面出現(xiàn)的局部腐蝕將形成微小蝕坑造成應(yīng)力集中，并產(chǎn)生微小裂紋②在腐蝕介質(zhì)的作用下，裂紋尖端將被不斷腐蝕，并在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生新的表面③新表面又將被腐蝕介質(zhì)腐蝕掉，并使裂紋擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到臨界值時，在應(yīng)力的作用下裂紋將快速擴(kuò)展造成脆斷第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力應(yīng)力腐蝕開裂所需的時間與應(yīng)力大小有關(guān)。應(yīng)力越大，發(fā)生斷裂的時間越短圖17不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂○—Cr18Ni9Ti△—Cr25Ni20第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力三、焊接殘余應(yīng)力的控制和消除措施1、焊接殘余應(yīng)力的控制①采用合理的焊接順序——先焊收縮量大和工作應(yīng)力大的焊縫圖18焊接過程中焊接順序的選擇第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力②采用局部加熱法——通過局部加熱既減少溫度梯度降低內(nèi)應(yīng)力，同時局部加熱產(chǎn)生的膨脹使焊接區(qū)產(chǎn)生與焊縫收縮時相反的變形，冷卻時加熱區(qū)的收縮和焊縫收縮一致，通過焊縫自由收縮降低內(nèi)應(yīng)力圖19通過局部加熱降低內(nèi)應(yīng)力第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力2、焊接后消除應(yīng)力的措施①機(jī)械拉伸法——通過施加外載對焊件進(jìn)行拉伸，焊件的拉應(yīng)力區(qū)在外力的作用下總體拉力變大，甚至產(chǎn)生塑性變形；構(gòu)件的壓應(yīng)力區(qū)將與外載的拉力相互抵消，甚至壓應(yīng)力完全消除圖20通過加載降低內(nèi)應(yīng)力第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力②焊后熱處理——焊后熱處理是將焊接構(gòu)件整體或局部加熱到某一溫度，并保持一定時間，然后使其均勻冷卻到室溫，從而降低或消除應(yīng)力的方法A、局部高溫回火——在焊縫周圍的局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加熱。該方法可改善焊接接頭的力學(xué)性能，降低應(yīng)力的峰值，但不能完全消除應(yīng)力第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力沖擊斷口剪切唇B、整體高溫回火——將整個焊接構(gòu)件在高溫下進(jìn)行回火。一般而言，回火溫度越高，回火時間越長，應(yīng)力消除就越徹底圖21消除應(yīng)力與高溫回火溫度和時間的關(guān)系第二節(jié)焊接殘余應(yīng)力焊接殘余變形是焊接熱循環(huán)過程中的壓縮塑性變形導(dǎo)致構(gòu)件出現(xiàn)縮短的現(xiàn)象一、焊接殘余變形的基本形式焊接構(gòu)件的收縮主要是由沿焊縫長度方向的縱向收縮和垂直于長度方向的橫向收縮綜合作用形成第三節(jié)殘余應(yīng)力變形焊接殘余變形的部分實(shí)例圖22沿焊縫縱向和橫向的收縮變形第三節(jié)殘余應(yīng)力變形圖23翹曲變形第三節(jié)殘余應(yīng)力變形圖25薄板焊件承受外力后的波浪變形圖24焊件平面圍繞焊縫產(chǎn)生的角變形第三節(jié)殘余應(yīng)力變形圖26兩焊件的熱膨脹不一致出現(xiàn)的錯邊第三節(jié)殘余應(yīng)力變形圖27焊接后發(fā)生扭曲變形第三節(jié)殘余應(yīng)力變形二、焊接殘余變形的計算1、縱向收縮變形對于細(xì)長的鋼質(zhì)焊件（如梁、柱），單層焊時其縱向收縮率可用如下的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：△L=k1·AH·L/AA——焊縫截面積（mm2）AH——塑性變形區(qū)面積（mm2）L——構(gòu)件長度（mm）第三節(jié)殘余應(yīng)力變形2、橫向收縮變形

對于對接接頭，其橫向收縮量可用如下的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：△B=0.18·AH/δ△B——對接接頭的橫向收縮量（mm）AH——焊縫截面積（mm2）δ——板厚（mm）第三節(jié)殘余應(yīng)力變形三、焊接殘余變形的控制與矯正1、控制焊接變形的措施①設(shè)計措施A、合理選擇焊件尺寸——焊件的長度、寬度和高度對焊接變形有明顯影響。如，當(dāng)鋼件和鋁件的厚度分別為9mm和7mm時，角變形最大；細(xì)長構(gòu)件焊接時易產(chǎn)生彎曲變形；薄板焊接時易出現(xiàn)波浪變形，故對焊件的尺寸參數(shù)應(yīng)精心設(shè)計第三節(jié)殘余應(yīng)力變形B、合理選擇焊縫尺寸和坡口形式——一般而言，焊縫尺寸越大，填充金屬就越多，焊接變形就越大，因此，應(yīng)在保證結(jié)構(gòu)承載能力的情況下，盡量采用較小的焊縫尺寸；但是，若焊縫尺寸過小，冷卻速度就會很大，又容易產(chǎn)生焊接缺陷如焊接裂紋、熱影響區(qū)硬度過高等合理設(shè)計坡口也可控制焊接變形。如：雙Y型坡口對接接頭的角變形明顯比V型坡口的??；對于受力較大的丁字接頭和十字接頭，開坡口的焊縫比不開坡口的角焊縫更能有效地減少焊接變形第三節(jié)殘余應(yīng)力變形C、合理進(jìn)行焊接安排——焊接規(guī)劃時，應(yīng)盡量減少不必要的焊縫，減少焊縫數(shù)量就可減少焊接變形量應(yīng)力求使焊縫位置對稱于焊接結(jié)構(gòu)的中性軸，或接近中性軸。當(dāng)焊縫對稱于中性軸時，有可能使焊縫引起的彎曲變形相互抵消；當(dāng)焊縫接近中性軸時，可以減少由焊縫收縮引起的彎曲力矩，使彎曲變形減少第三節(jié)殘余應(yīng)力變形②工藝措施圖28減少焊接變形的反變形法A、反變形法——焊接前通過估算構(gòu)件在焊接后出現(xiàn)變形的大小和方向，在裝配時給予一相反的變形量，使之與焊后構(gòu)件的焊接變形量相抵消，從而達(dá)到設(shè)計要求第三節(jié)殘余應(yīng)力變形B、剛性固定方法——焊前將焊件固定再進(jìn)行焊接。此法可在一定程度上減小焊接變形量，尤其適用于防止角變形和波浪變形的焊件圖29剛性固定法焊接法蘭盤第三節(jié)殘余應(yīng)力變形C、合理選擇焊接規(guī)范——選擇熱輸入較小的焊接法，可有效防止焊接變形。也可采用水冷或銅冷卻塊的方法限制和縮小焊接熱場的分布，減少焊接變形第三節(jié)殘余應(yīng)力變形

2、矯正焊接變形的方法①、機(jī)械矯正法——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，使之相互抵消。在薄板結(jié)構(gòu)中，若焊縫為比較規(guī)則的直焊縫或圓焊縫，可用圓盤形輥輪碾壓焊縫及兩側(cè)，使之伸長來消除焊接殘余變形。該法尤其適用于塑性較好的材料，其效率高，質(zhì)量好對于不太厚的板材，可用錘擊法來延展焊縫及周圍壓縮塑性變形區(qū)域，以消除焊接變形。該法簡單，但勞動強(qiáng)度大，錘擊力不易控制第三節(jié)殘余應(yīng)力變形②火焰加熱矯正法——利用火焰局部加熱時產(chǎn)生的壓縮塑性變形，使焊件在冷卻后產(chǎn)生收縮，以矯正焊件的變形第三節(jié)殘余應(yīng)力變形第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論一、焊接接頭的概念及特點(diǎn)焊接接頭是由焊縫金屬、熔合線、熱影響區(qū)及鄰近母材組成的化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能不均勻的焊接體。其特點(diǎn)為：幾何形狀不連續(xù)；化學(xué)成分不連續(xù)；金相組織不連續(xù)；力學(xué)性能不連續(xù)第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論圖30焊接接頭的構(gòu)成1-焊縫金屬；2-熔合線；3-熱影響區(qū)；4-母材二、焊縫及焊縫接頭的基本形式1、焊縫的基本形式——對接焊縫和角焊縫①對接焊縫：對接接頭實(shí)施的焊縫，是沿焊件的厚度方向進(jìn)行連接，其力學(xué)性能較好第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論圖31角焊縫截面形狀及計算截面②角焊縫：沿焊件的兩個表面進(jìn)行的截面為三角形的連接。一般用三角形的腰長，即焊角尺寸K表示角焊縫的大小，斜邊上的高a所在的截面為計算截面第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論2、焊接接頭的基本形式A、對接接頭——根據(jù)焊件的厚度，可分為卷邊對接、平對接和坡口對接等圖32對接接頭的形式第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論B、搭接接頭——用（角）焊縫將兩個工件相互重疊連接而成的接頭圖33搭接接頭的形式a-直焊搭接；b-鉆孔塞焊；c-電阻點(diǎn)焊；d-開槽塞焊第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論C、T型接頭——亦稱十字接頭，是將相互垂直的工件用（角）焊縫連接起來的接頭圖34T型接頭的基本形式第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論D、角接接頭——a-角接頭最簡單，但承載能力差；b-雙面角焊縫，承載能力增強(qiáng)；c、d-開坡口后易焊透，使用強(qiáng)度提高；e、f-簡單實(shí)用的接頭；g-有最準(zhǔn)確直角的接頭；h-不易施焊的不合理接頭圖35角接頭的基本形式第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論三、焊接接頭工作應(yīng)力分布特點(diǎn)在焊接接頭中，工作應(yīng)力的分布是不均勻的，存在著局部應(yīng)力峰值（σmax）比平均應(yīng)力（σm）高的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中應(yīng)力集中系數(shù)為：KT=σmax/σm應(yīng)力集中主要是由焊縫中的工藝缺陷如氣孔、夾雜、裂紋引起。其中，裂紋和未焊透引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論1、對接接頭的工作應(yīng)力分布對接接頭的工作應(yīng)力分布比較均勻，其應(yīng)力主要集中在焊縫的加厚高及焊縫與母材的過渡區(qū)對于承受沖擊載荷的構(gòu)件，應(yīng)將加厚高用砂輪等工具打磨掉，以降低應(yīng)力集中系數(shù)四、焊接接頭的工作應(yīng)力分布第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論圖36電弧焊對接接頭的應(yīng)力分布第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論2、搭接接頭的工作應(yīng)力分布根據(jù)搭接接頭中角焊縫的受力方向可分為：正面角焊縫——與受力方向垂直的角焊縫側(cè)面角焊縫——與受力方向平行的角焊縫斜向角焊縫——與受力方向成一定角度的角焊縫圖37電弧焊搭接接頭的角焊縫第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論A、正面角焊縫——應(yīng)力主要集中在角焊縫的根部（A）和焊趾（B）。其中，焊趾部位的應(yīng)力集中系數(shù)隨角焊縫的斜邊與直角邊的夾角而變化。當(dāng)夾角θ減小和增大根部的焊透性時，可以大大降低應(yīng)力集中系數(shù)圖38電弧焊正面搭接角焊縫的應(yīng)力分布第四節(jié)焊接接頭強(qiáng)度基本理論由于搭接接頭的正面角焊縫常常不在板的中心，此時角焊縫將會產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。為減少彎曲應(yīng)力，防止較大的變形，兩條角焊縫之間的距離應(yīng)大于板厚的4倍，即l≥4δ圖39電弧焊