焊接应力与变形的基本概念

在焊接过程中，工件中随时间变化的内应力为焊接瞬时应力；焊后当工件温度降至常温时残存于工件中的内应力则为焊接残余应力；焊后工件表现出来的变形称为焊接残余变形。焊接残余应力是焊接后残留在工件内部的内应力。内应力是在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力，其基本特征是在物体内部构成了自相平衡的力学系统，即内应力之和与内力矩之和为零。

内应力按照其分布尺度范围可以分为三类：第一类内应力，也称之为宏观内应力。其分布与平衡范围与构件尺寸相当。第二类内应力，也称之为微观内应力。其分布与平衡范围为一个或几个晶粒尺寸，如相变产生的应力等。第三类内应力，也称之为超微观内应力。其平衡范围在金属晶格尺度，如位错、空位等引起的内应力。根据内应力的存在方式可以分为瞬态内应力和残余内应力。

焊接变形是伴随焊接热过程产生的，是产生焊接应力的主要原因。为了分析焊接变形与应力的关系，有必要对焊接热过程产生的变形迸行研究。

材料在热作用下，没有受到外界的任何约束而自由迸行的变形称为自由变形。如对于长度为L₀的杆件，在受到均匀加热后，温度从T₀到T₁，这时产生的自由变形为ΔL_T：

ΔL_T=αL₀（T₁-T₀）=αL₀ΔT （4-1）

式中 α——热膨胀系数。

单位长度上的自由变形为自由应变：(www.xing528.com)

实际上由于温度产生的自由应变会受到外界阻碍，只能部分地表现出来。能够表现出来的应变称之为外观应变，用ε_e表示；而没有表现出来的应变则称之为内部应变，用ε表示。显然，自由应变、内部应变和可见应变之间存在如下关系：

ε_T=ε_e+ε （4-3）

内应力和内部应变有关。在弹性范围内，内应力与内部应变存在线性关系，即胡克定律。

实际上由于温度产生的自由应变会受到外界阻碍，只能部分地表现出来。能够表现出来的应变称之为外观应变，用ε_e表示；而没有表现出来的应变则称之为内部应变，用ε表示。显然，自由应变、内部应变和可见应变之间存在如下关系：

ε_T=ε_e+ε （4-3）

内应力和内部应变有关。在弹性范围内，内应力与内部应变存在线性关系，即胡克定律。