橫向應(yīng)力變形

塑性變形是一種不可自行恢復(fù)的變形。工程材料及構(gòu)件受載超過彈性變形范圍之后將發(fā)生永久的變形，即卸除載荷后將出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形，或稱殘余變形，這就是塑性變形。不是任何工程材料都具有塑性變形的能力。金屬、塑料等都具有不同程度的塑性變形能力，故可稱為塑性材料。玻璃、陶瓷、石墨等脆性材料則無塑性變形能力。工程構(gòu)件設(shè)計(jì)吋一般不允許出現(xiàn)明顯的塑性變形，否則構(gòu)件將不能維持原先的形狀甚至發(fā)生斷裂。

材料在外力作用下產(chǎn)生形變，而在外力去除后，彈性變形部分消失，不能恢復(fù)而保留下來的的那部分變形即為塑性變形 。

材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變（即變形）。當(dāng)應(yīng)力未超過材料的彈性極限時(shí)，產(chǎn)生的變形在外力去除后全部消除，材料恢復(fù)原狀，這種變形是可逆的彈性變形。當(dāng)應(yīng)力超過材料的彈性極限，則產(chǎn)生的變形在外力去除后不能全部恢復(fù)，而殘留一部分變形，材料不能恢復(fù)到原來的形狀，這種殘留的變形是不可逆的塑性變形。在鍛壓、軋制、拔制等加工過程中，產(chǎn)生的彈性變形比塑性變形要小得多，通常忽略不計(jì)。這類利用塑性變形而使材料成形的加工方法，統(tǒng)稱為塑性加工。

隨焊旋轉(zhuǎn)擠壓(WTRE)控制鋁合金薄板焊件殘余應(yīng)力變形及防止熱裂紋新方法。通過一特定形狀的擠壓頭對(duì)電弧后方的焊縫區(qū)金屬進(jìn)行旋轉(zhuǎn)擠壓，其所產(chǎn)生的塑性延展能夠降低焊縫區(qū)的縱向殘余拉應(yīng)力水平，從而起到減小甚至消除焊接殘余變形的作用 。

該方法還能有效抑制鋁合金焊接熱裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而為解決高強(qiáng)鋁合金薄板焊件的大變形和高熱裂問題提供了一種行之有效的新工藝。根據(jù)隨焊旋轉(zhuǎn)擠壓工作原理，搭建了WTRE裝置設(shè)計(jì)框圖，并研制出能很好滿足試驗(yàn)要求的WTRE裝置。

采用三維彈塑性有限元法對(duì)2A12T4鋁合金薄板常規(guī)焊件和WTRE焊件的焊接應(yīng)力和變形進(jìn)行了模擬，并揭示了隨焊旋轉(zhuǎn)擠壓控制焊接殘余變形的機(jī)理：擠壓頭對(duì)焊縫區(qū)金屬的塑性延展能夠減小該區(qū)域中的縱向殘余拉應(yīng)力，根據(jù)內(nèi)應(yīng)力平衡原則，WTRE焊件的縱向平均壓應(yīng)力值也被降低，當(dāng)其低于板件的臨界失穩(wěn)應(yīng)力時(shí)，就能消除焊接失穩(wěn)變形 。2100433B

物體由于外因（受力、濕度、溫度場(chǎng)變化等）而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。應(yīng)力是矢量，沿截面法向的分量稱為正應(yīng)力，沿切向的分量稱為切應(yīng)力。

物體中一點(diǎn)在所有可能方向上的應(yīng)力稱為該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。但過一點(diǎn)可作無數(shù)個(gè)平面，是否要用無數(shù)個(gè)平面上的應(yīng)力才能描述點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)呢？通過下面的分析可知，只需用過一點(diǎn)的任意一組相互垂直的三個(gè)平面上的應(yīng)力就可代表點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，而其它截面上的應(yīng)力都可用這組應(yīng)力及其與需考察的截面的方位關(guān)系來表示。

焊接過程中引起的焊件變形直接影響焊件的性能和使用，因此需要采用不同的焊接工藝來控制和預(yù)防焊件的變形，并對(duì)產(chǎn)生焊接變形的構(gòu)件進(jìn)行矯正。

變形的種類焊接變形有7種形式（圖4）。①縱向收縮變形：沿焊縫長(zhǎng)度方向的收縮。②橫向收縮變形：垂直于焊縫方向的橫向收縮。③角變形：繞焊縫軸線的角位移。④撓曲變形：構(gòu)件中性軸上下不對(duì)稱的收縮引起的彎曲變形。⑤失穩(wěn)變形：薄壁結(jié)構(gòu)在焊接殘余壓應(yīng)力的作用下，局部失穩(wěn)而產(chǎn)生波浪形；⑥錯(cuò)邊變形：焊接邊緣在焊接過程中，因膨脹不一致而產(chǎn)生的厚度方向的錯(cuò)邊。⑦扭曲變形：由于裝配不良、施焊程序不合理而使焊縫的縱向、橫向收縮沒有規(guī)律所引起的變形。

焊接變形的預(yù)防和控制　焊接變形的大小與焊縫的尺寸、數(shù)量和布置有關(guān)。首先從設(shè)計(jì)上合理地確定焊縫的數(shù)量、坡口的形狀和尺寸，并恰當(dāng)?shù)匕才藕缚p的位置，對(duì)于減少變形十分重要。在工藝上采用高能量密度的焊接方法和小線能量的工藝參量，例如多層焊對(duì)減少焊縫的縱、橫向收縮以及由此引起的撓曲和失穩(wěn)變形是有利的。但多層焊對(duì)角變形不利。采用合理的裝配、焊接順序、反變形和剛性固定可以減少焊接變形。

焊接變形的矯正　焊接變形常采用機(jī)械方法矯正。對(duì)于由長(zhǎng)而規(guī)則的對(duì)接焊縫引起的薄板殼結(jié)構(gòu)的變形，用鋼輪輾壓焊縫及其兩側(cè)，可獲得良好的矯正效果。利用局部加熱產(chǎn)生壓縮塑性變形使較長(zhǎng)的焊件在冷卻后收縮的火焰矯正法，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛采用。2100433B

物體由于外因（受力、濕度、溫度場(chǎng)變化等）而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。應(yīng)力是矢量，沿截面法向的分量稱為正應(yīng)力，沿切向的分量稱為切應(yīng)力

物體中一點(diǎn)在所有可能方向上的應(yīng)力稱為該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。但過一點(diǎn)可作無數(shù)個(gè)平面，是否要用無數(shù)個(gè)平面上的應(yīng)力才能描述點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)呢？通過下面的分析可知，只需用過一點(diǎn)的任意一組相互垂直的三個(gè)平面上的應(yīng)力就可代表點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，而其它截面上的應(yīng)力都可用這組應(yīng)力及其與需考察的截面的方位關(guān)系來表示。2100433B