焊接制造應(yīng)力與變形

1、天津117學(xué)習(xí)組主講：陳曉軍焊接制造應(yīng)力與變形焊接制造應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形1應(yīng)力與變形的危害2 實際操作中應(yīng)力與變形的控制3鋼構(gòu)件的運輸、吊裝與存放4 總結(jié)5一、焊接應(yīng)力與變形一、焊接應(yīng)力與變形應(yīng)力1.1變形1.2 焊接中應(yīng)力分析案例1.31.1應(yīng)力 焊接中因焊縫及熱影響區(qū)附近在焊接過程中的高溫影響會產(chǎn)生熱應(yīng)力，同時有可能還伴隨著相變應(yīng)力和塑形應(yīng)力，在冷卻后會因此殘留在金屬中的應(yīng)力成為焊接殘余應(yīng)力。焊接應(yīng)力是影響焊接件性能的重要因素。有些位置存在的應(yīng)力集中更成為鋼結(jié)構(gòu)中的安全隱患。1.2 變形 首先大家都了解，變形分為彈性變形和塑性變形。綜合資料來看，變形取決于：一方面是應(yīng)力及應(yīng)力的分布，

2、另一方面與構(gòu)件的抗變形能力有關(guān)。1.3焊接中應(yīng)力分析基本案例（1）焊縫縱向應(yīng)力（2）T形接頭縱向應(yīng)力分布（3）圓管對接應(yīng)力分布（4）焊縫橫向應(yīng)力分布事例 焊接應(yīng)力的形式多種多樣，影響因素眾多有，焊縫厚度，焊縫長度，焊縫位置分布以及焊接工藝等等，對此部分內(nèi)容不再一一分析二、應(yīng)力與變形的危二、應(yīng)力與變形的危害害殘余應(yīng)力的危害2.1變形的種類及危害2.22.1殘余應(yīng)力的危害 焊接應(yīng)力通常指焊接殘余應(yīng)力： 分為縱向、橫向、厚度方向殘余應(yīng)力。 殘余應(yīng)力危害： 降低承載能力、降低疲勞強度、尺寸精度、耐腐蝕性。此外由于焊接工藝不當(dāng)造成的應(yīng)力集中是鋼結(jié)構(gòu)使用過程中重大安全隱患。（1）對加工精度的影響（2）對應(yīng)

3、力腐蝕裂紋的的影響 應(yīng)力腐蝕裂紋主要是由材質(zhì)、腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力共同作用的結(jié)果。 殘余拉應(yīng)力大小對腐蝕速度有很大的影響，當(dāng)焊接殘余應(yīng)力與外載荷產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加后的拉應(yīng)力值越高，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向就高，發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的時間就越短2.2變形的種類及危害 焊接變形主要有收縮變形、撓曲變形、角變形、波浪變形、扭曲變形等。其類型及成都主要受材料、板厚、形狀、焊縫在結(jié)構(gòu)上的位置等影響。（1）收縮變形（2）撓曲變形（縱向收縮引起）撓曲變形（橫向收縮引起）（3）角變形(橫向收縮在厚度方向不均勻)（4）波浪變形(構(gòu)件承受壓應(yīng)力失穩(wěn))（5）扭曲變形（彎曲變形與角變形組合彎曲變形與角變形組合）變形的危害主要有：

4、 1 降低尺寸精度，影響美觀 2 降低承載力 3 增加矯正勞動量3.23.2.1從設(shè)計方面考慮防止變形3.2.2合理的工藝措施 3.2.3剛性固定 3.3.1冷加工矯正 3.3.2火焰矯正(本ppt的重點) 焊接變形的控制減小殘余應(yīng)力危害的方法3.13.3焊接變形的矯正3.2.4焊前反變形 三、實際操作中應(yīng)力與變形的控制3.1減小殘余應(yīng)力危害的方法（1）合理的焊縫分布置能避免應(yīng)力集中（2）熱處理消除焊接應(yīng)力 對碳鋼及中、低合金鋼，加熱溫度為580680；鑄鐵為600650，保溫時間一般根據(jù)每毫米板厚保溫12min計算，但總時間不少于30min，最長不超過3h。這是一個重結(jié)晶的過程（3）錘擊法去

5、應(yīng)力 錘擊時要掌握好打擊力量，保持均勻、適度，避免因打擊力量過大造成加工硬化或?qū)⒑缚p錘裂。另外，焊后要及時錘擊，除打底層不宜錘擊外，其余焊完每一層或每一道都要進(jìn)行錘擊。錘擊鑄鐵時要避開石墨膨脹溫度。 避免在藍(lán)脆區(qū)敲擊200-300。（4）振動法先看一下工人在實際加工過程中的方式方法3.2焊接變形的控制上圖為何這種形式在裝配及焊接過程中利用千斤頂調(diào)節(jié)巨柱為何要先組焊兩側(cè)鋼板怎樣的組焊順序更加合理焊接中剛性固定焊接變形大的部位 用螺栓火鉚釘連接各種形式的可調(diào)節(jié)固定3.2.1從設(shè)計方面考慮防止變形（1）合理選擇構(gòu)件截面提高構(gòu)件抗變形能力 在第一部分中提到變形取決于取決于一方面是應(yīng)力及應(yīng)力分布，另一方

6、面是構(gòu)件的抗變形能力，因此設(shè)計時選擇合理的構(gòu)件截面尤為重要接。（2）合理選擇焊縫尺寸和焊縫布置位置 焊接變形可以理解為是受熱金屬膨脹和收縮引起的，所以小的焊接輸入、小的焊縫填充量和焊縫尺寸有利于減小變形。 設(shè)計焊縫時，在滿足強度要求的前提下盡量使用小的焊接尺寸，焊縫盡量靠近中心軸，并以中心軸對稱分布，焊接時只要焊接順序合理就能有效防止變形，尤其是撓曲變形。（3）合理的焊縫截面和坡口形式 上面已經(jīng)闡述過原因了，所以在設(shè)計焊縫截面和坡口形式時，應(yīng)盡量減小焊縫金屬的填充量，這樣不僅能節(jié)約成本，減小勞動量，還能有效的減小焊接變形。（4）盡量減少不必要的焊縫 原因同上，而且焊縫越多越不利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，所

7、以盡量減少不必要的焊縫。3.2.2合理的工藝措施（1）焊前準(zhǔn)備 首先對于不馬上使用的材料要碼放整齊，防止其因自重產(chǎn)生變形。焊接時支撐點要盡量設(shè)計在構(gòu)件的中心位置以及構(gòu)件剛度比較大的位置。（2）選擇合理的線能量目的是盡量減少焊接熱輸入。（3）選擇合理的裝配焊接順序3.2.3剛性固定這種方法在施工中比較常見，不再贅述。3.2.4焊前反變形 根據(jù)焊接變形的規(guī)律，在焊接前預(yù)先給構(gòu)件以反變形，從而在焊接變形后恰好達(dá)到設(shè)計要求。48節(jié)巨柱1部分結(jié)構(gòu)組裝鋼板的拼接焊前反變形3.3焊接變形的矯正鋼材隨著溫度的升高，屈服極限逐漸降低，此時很容易產(chǎn)生塑性變形。如圖中，利用千斤頂，大錘等工具使產(chǎn)生塑形變形，待冷卻后

8、以達(dá)到合格尺寸。3.3.1冷加工矯正a.手工矯正：利用手錘等工具錘擊變形件合適的位置，由于錘擊力度有限所以適用于小變形、小件、薄板、細(xì)長件等。b.機械矯正：使用機械力是構(gòu)件縮短的部位伸長，常用的設(shè)備有摩擦壓力機、千斤頂、專用工具等?；鹧嬖阡摻Y(jié)構(gòu)的生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用，在加工廠一般用氧氣做助燃劑，丙烷做燃劑，通過焊槍調(diào)節(jié)助燃劑和燃劑的比例來實現(xiàn)火焰切割和火焰矯正的目的。3.3.2火焰矯正(本ppt的重點)火焰加熱矯正法原理 利用火焰加熱時產(chǎn)生的局部壓縮塑性變形使較長的部分在冷卻后縮短來消除變形。 常用的結(jié)構(gòu)鋼的加熱溫度一般控制在600800（驗收規(guī)范要求不應(yīng)超過900 ，熱加工溫度區(qū)間為90

9、01000 ）之間?，F(xiàn)場測溫一般是用眼睛觀察加熱部位的顏色，大致判斷加熱部位的溫度。a.點狀加熱 d=15mm a=50-100mm薄板波浪變形火焰矯正b.線狀加熱 線狀加熱又可分為直通加熱、環(huán)形加熱和帶狀加熱. 線狀加熱的特點是橫向收縮量一般大于縱向收縮量，橫向收縮使構(gòu)件產(chǎn)生角變形 線狀加熱可用于角變形、彎曲變形、扭曲變形等的矯正 .c.三角形加熱 加熱時面積上大下小，所產(chǎn)生的收縮量是上邊大，下邊逐漸過渡到零。所以三角形加熱主要用于構(gòu)件剛性較大、變形量大的彎曲變形. 四、鋼構(gòu)件的運輸、吊裝與存放吊裝4.1存放4.2 運輸4.34.1 吊運 構(gòu)件在加工制作、運輸、以及現(xiàn)場安裝過程中，構(gòu)件的吊運都是重要的步驟，如果吊耳數(shù)量、位置等設(shè)置不合理，就會使構(gòu)件產(chǎn)生變形。這種變形是可以避免的。 例如117長度較長的鋼板墻在現(xiàn)場安裝吊裝時，有些產(chǎn)生了彎曲變形。4.1 運輸 構(gòu)件在運輸時，在車輛上的擺放要合理，必要時在構(gòu)件上焊接臨時固定。 圖中在組裝時添加的支撐，在運輸和存放中也起到了防變形加固的作用4.3堆放 構(gòu)件在制作廠、施工現(xiàn)場存放時，不合理的擺放會也會使一些跨度較大的板類或細(xì)長構(gòu)件產(chǎn)生變形，因此而造成人力物力的浪費，甚至延誤工期，影響工程質(zhì)量。 117施工現(xiàn)場堆場鋼板墻變形五、總結(jié)