焊工工藝學(xué)-第六章-焊接應(yīng)力與變形

1、 6-1焊接應(yīng)力與變形的形成焊接應(yīng)力與變形的形成 6-2焊接殘余變形焊接殘余變形 6-3焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力 6-1焊接應(yīng)力與變形的形成焊接應(yīng)力與變形的形成一、焊接應(yīng)力與焊接變形一、焊接應(yīng)力與焊接變形焊接構(gòu)件由焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫焊接應(yīng)力， 焊后殘留在焊件內(nèi)的焊接應(yīng)力叫焊接殘余應(yīng)力。物體在受到外力的作用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)形狀、尺寸的變化，稱為物體的變形。焊件由焊接產(chǎn)生的變形叫焊接變形，焊后焊件殘留的變形叫焊接殘余變形。焊接應(yīng)力與變形及其減少和防止措施焊接應(yīng)力與變形及其減少和防止措施二、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因二、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因1. 均勻加熱引起應(yīng)力與變形的原因均勻加熱引起應(yīng)力與變形的原因

2、焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生過程示意圖) 鋼桿自由伸縮) 鋼桿加熱時(shí)的變形) 鋼桿冷卻后的變形2. 焊接過程引起應(yīng)力與變形的原因焊接過程引起應(yīng)力與變形的原因平板對(duì)接焊時(shí)的焊接應(yīng)力與變形) 原始狀態(tài)) ) 加熱過程) ) 冷卻以后示示應(yīng)力示表應(yīng)力 6-2焊接殘余變形焊接殘余變形一、焊接殘余變形的分類一、焊接殘余變形的分類) 收縮變形) 角變形) 彎曲變形) 波浪變形) 扭曲變形) 錯(cuò)邊變形縱向和橫向收縮變形x縱向收縮變形y橫向收縮變形2. 彎曲變形彎曲變形彎曲變形常見于焊接梁、柱、管道等焊件，對(duì)這類焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)造成較大的危害。 彎曲變形的大小以撓度f來度量，f是焊后焊件的中心偏離原焊件中心軸的最大距離。

3、彎曲變形的撓度（1）由縱向收縮變形造成的彎曲變形由縱向收縮變形造成的彎曲變形（2）由橫向收縮變形造成的彎曲變形由橫向收縮變形造成的彎曲變形3. 角變形角變形幾種焊接接頭的角變形) 對(duì)接接頭) 形接頭) 堆焊4. 波浪變形波浪變形薄板焊接的波浪變形5. 扭曲變形扭曲變形工字梁的扭曲變形) 焊前) 焊后6. 錯(cuò)邊變形錯(cuò)邊變形錯(cuò)邊變形) 長度方向的錯(cuò)邊) 厚度方向的錯(cuò)邊二、影響焊接殘余變形的因素二、影響焊接殘余變形的因素1. 焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置焊縫在結(jié)構(gòu)上位置不對(duì)稱造成的彎曲變形) 單道焊縫的鋼管焊接) T形梁的焊接2. 焊接結(jié)構(gòu)的剛度焊接結(jié)構(gòu)的剛度（1）結(jié)構(gòu)抵抗示伸的剛度主要決定

4、于結(jié)構(gòu)截面積的大小。（2）結(jié)構(gòu)抵抗彎曲的剛度主要看結(jié)構(gòu)截面的形狀和尺寸大小。幾種梁的截面形狀（3）結(jié)構(gòu)抵抗扭曲的剛度除了決定于結(jié)構(gòu)的尺寸大小外， 最主要的是結(jié)構(gòu)截面形狀。一般來說，短而粗的焊接結(jié)構(gòu)， 剛度較大；細(xì)而長的構(gòu)件，抗彎剛度小。結(jié)構(gòu)整體剛度總是比部件剛度大。因此，生產(chǎn)中常采用整體裝配后再進(jìn)行焊接的方法來減少焊接變形。3. 焊接結(jié)構(gòu)的裝配及焊接順序焊接結(jié)構(gòu)的裝配及焊接順序工字梁的裝配順序和焊接順序) 工字梁的結(jié)構(gòu)形式) 邊裝邊焊順序) 總裝后再焊接順序1下蓋板2腹板3上蓋板雙Y形坡口對(duì)接接頭的角變形) 合理的焊接順序) 不合理的焊接順序4. 其他因素其他因素（1）結(jié)構(gòu)材料的線膨脹系數(shù)（2

5、）焊接方法（3）焊接參數(shù)（4）焊接方向（5）焊接坡口形式三、控制焊接殘余變形的措施三、控制焊接殘余變形的措施1. 采用合理的裝配焊接順序采用合理的裝配焊接順序（1）對(duì)稱焊縫采用對(duì)稱焊接法圓筒體環(huán)形焊縫對(duì)稱焊接順序（2）不對(duì)稱焊縫先焊焊縫少的一側(cè)表型上模及其焊接順序（3）采用不同的焊接順序控制焊接變形長焊縫的幾種焊接順序) 分段退焊法) 分中分段退焊法) 跳焊法) 交替焊法) 分中對(duì)稱焊法2. 反變形法反變形法鍋爐汽包的反變形法焊接) 汽包非反變形法焊接的焊后變形) 汽包反變形法焊接翻轉(zhuǎn)胎具) 管座的跳焊順序Y 形坡口對(duì)接的反變形法焊接a) 產(chǎn)生角變形b) 采取反變形法3. 剛度固定法剛度固定法

6、薄板焊接的剛度固定法表鐵焊件平臺(tái)防護(hù)罩用臨時(shí)支撐的剛度固定臨時(shí)支撐底平板立板圓周法蘭盤剛度固定防止法蘭角變形4. 散熱法散熱法散熱法示意圖) 噴水散熱) 浸入水中散熱) 水冷銅塊散熱焊炬焊件噴水管水冷銅塊5. 熱平衡法熱平衡法采用熱平衡法防止焊接變形四、殘余變形的矯正四、殘余變形的矯正1. 機(jī)械矯正法機(jī)械矯正法工字梁焊后變形的機(jī)械矯正) 拱曲焊件) 用示緊器示) 用表頭表) 用千斤頂頂2. 火焰矯正法火焰矯正法火焰矯正法的加熱方式) 點(diǎn)狀加熱) 線狀加熱) 三角形加熱（1）點(diǎn)狀加熱矯正火焰加熱的區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)，加熱點(diǎn)直徑一般小于15mm。（2）線狀加熱矯正水火矯正（3）三角形加熱矯正火焰

7、矯正法實(shí)例) 點(diǎn)狀加熱矯正) 線狀加熱矯正) 三角形加熱矯正 6-3焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力一、焊接殘余應(yīng)力的分類一、焊接殘余應(yīng)力的分類1. 按引起應(yīng)力的基本原因分類按引起應(yīng)力的基本原因分類（1）熱應(yīng)力 （2）相變應(yīng)力 （3）拘束應(yīng)力2. 按應(yīng)力的作用方向分類按應(yīng)力的作用方向分類（1）縱向應(yīng)力 （2）橫向應(yīng)力3. 按應(yīng)力在空間的方向分類按應(yīng)力在空間的方向分類（1）單向應(yīng)力 （2）雙向應(yīng)力 （3）三向應(yīng)力二、控制焊接殘余應(yīng)力的措施二、控制焊接殘余應(yīng)力的措施1. 選擇合理的焊接順序選擇合理的焊接順序（1）盡可能考慮焊縫能自由收縮大型容器底部拼接的焊接順序（2）先焊收縮量最大的焊縫帶蓋板的雙工字梁結(jié)

8、構(gòu)焊接順序?qū)雍缚p角焊縫（3）平面交叉焊縫的焊接順序2. 選擇合理的焊接參數(shù)選擇合理的焊接參數(shù)焊接時(shí)應(yīng)盡量采用小的焊接熱輸入，選用小直徑焊條、較小的焊接電流和快速焊等。3. 采用預(yù)熱法采用預(yù)熱法預(yù)熱法是指在焊前對(duì)焊件的全部（或局部）進(jìn)行加熱的工藝措施，一般預(yù)熱的溫度在150 350 之間。4. 加熱減應(yīng)區(qū)法加熱減應(yīng)區(qū)法加熱減應(yīng)區(qū)法應(yīng)用示意圖) 框架斷口焊接) 輪輻斷口焊接) 輪緣斷口焊接5. 錘擊法錘擊法焊縫區(qū)金屬由于在冷卻收縮時(shí)受阻而產(chǎn)生示伸應(yīng)力， 如在焊接每條焊道之后，用錘子錘擊焊縫金屬，促使它產(chǎn)生延伸塑性變形，以抵消焊接時(shí)產(chǎn)生的表縮塑性變形，這樣便能起到減小焊接殘余應(yīng)力的作用。三、消除殘余應(yīng)力的方法三、消除殘余應(yīng)力的方法1. 消除應(yīng)力退火消除應(yīng)力退火14MaMoVB 消除應(yīng)力退火工藝曲線2. 振動(dòng)時(shí)效振動(dòng)時(shí)效振動(dòng)時(shí)效又稱為振動(dòng)消除應(yīng)力法， 簡稱VSR，是將焊接結(jié)構(gòu)在其固有頻率下進(jìn)