焊接應(yīng)力與變形

1、焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形陜汽集團焊接高級技師 張明錄 提綱提綱一、焊接變形的概述二、焊接殘余變形的分類三、控制焊接變形的措施四、焊接變形的矯正焊接變形焊接過程瞬態(tài)熱變形焊后殘余變形面內(nèi)位移面外位移相變組織變形面內(nèi)變形面外變形焊縫縱向收縮焊縫橫向收縮回轉(zhuǎn)變形角變形失穩(wěn)波形變形扭曲變形彎曲變形焊接變形的概述焊接殘余變形的分類1.收縮變形 2.彎曲變形3.角變形4.扭曲變形5.波浪變形6.錯邊變形焊接殘余變形由于焊接而產(chǎn)生的焊后殘留在焊件中的變形。焊件焊后沿焊縫方向的收縮（縱向收縮）和在垂直焊縫方向的收縮（橫向收縮）。收縮變形焊件焊后發(fā)生彎曲。彎曲可由焊縫的縱向收縮和橫向收縮引起。彎曲變形焊后焊

2、件的平面圍繞焊縫產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)變形。角變形角變形沿著焊縫上逐漸增大，使構(gòu)件扭轉(zhuǎn)， 焊后在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的扭曲。扭曲變形焊后焊件呈現(xiàn)波浪形，這種變形在平面薄板焊接時最易產(chǎn)生，也稱翹曲變形。波浪變形a-兩板對接焊接 b-多道T形焊接兩塊板材于焊接過程中因剛度或散熱程度不等所引起的縱向或厚度方向上位移不一致而造成的變形。錯邊變形 控制焊接變形的措施1.反變形法2.合理的焊接方法3.剛性固定法4.正確的裝焊順序5.散熱法6.錘擊法控制焊接變形措施焊接前使被焊件發(fā)生大小相同、方向相反的變形，以抵消或補償焊后發(fā)生的變形。反變形法 選用能量比較集中的焊接方法，可有效的減少焊接變形。 如用等離子弧焊 、氬弧焊、 CO

3、2保護焊、手工電弧焊代替氣焊進行薄板焊接，在保證熔透和焊縫無缺陷的前提下，應(yīng)盡量采用小的焊接熱輸入。選擇合理的焊接方法利用裝配夾具或臨時性支撐，將焊接件的相互位置固定，用以防止焊后變形的方法。此法對防止彎曲變形的效果不如反變形法，但對角變形和波浪變形較有效。剛性固定法選擇合理的裝配焊接順序無法使用胎夾具情況下焊接，一般都需要選擇合理的裝焊順序，使焊接變形減少至最小。 只要條件允許，把它分成若干結(jié)構(gòu)簡單的部件，單獨進行焊接，然后再總裝成整體。 這種 “化整為零、集零為整” 的裝配焊接方案優(yōu)點是部件的尺寸和剛性得以減小，同時也簡化了胎夾具的復(fù)雜程度。 對稱焊要求焊件翻身與變位容易實現(xiàn)，更重要的是可

4、以把影響整體結(jié)構(gòu)變形最大的焊縫分散到各部件中焊接，把不利影響減少或消除，但要注意所劃分的部件應(yīng)易于控制焊接變形。大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu) 兩面同時焊接，使正反兩面變形獲得抵消，有時只能先焊一側(cè)，后焊另一側(cè)，也應(yīng)兩邊交替對稱焊接。 用同樣工藝參數(shù)焊接時，先焊側(cè)引起的變形總比后焊側(cè)大一些。應(yīng)把先焊側(cè)改為多層多道焊，并減少每層（道）焊接熱輸入，再利用兩面交替焊接順序，讓每側(cè)引起的變形最后都獲得抵消。對稱結(jié)構(gòu)上的對稱焊縫結(jié)構(gòu)上不對稱焊縫 焊縫在結(jié)構(gòu)上分布不對稱時，如果焊縫位于中性軸兩側(cè)時，利用調(diào)節(jié)焊接熱輸入和交替施焊的順序進行焊接變形控制；如果焊縫位于中性軸一側(cè)，則施焊順序不再起作用，只能采取減少焊接

5、熱輸入或其它工藝措施解決。機械矯正法只適用于結(jié)構(gòu)簡單的中、小型焊件，對高強度鋼應(yīng)慎用。焊接變形的矯正利用外力使構(gòu)件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，使兩者相互抵消。 焊接變形的矯正有：機械矯正法、火焰矯正法、散熱法、錘擊法。機械矯正有：油壓機、千斤頂、輥壓機和專用矯正機。機械矯正法 用火焰對金屬局部進行加熱，使之產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻時該處金屬發(fā)生收縮，利用收縮產(chǎn)生的變形去抵消焊接引起的殘余變形。 火焰矯正法一般使用的是氧-乙炔火焰，不需專門設(shè)備，操作靈活、簡單方便，可以在大型結(jié)構(gòu)上進行校正，但效率較低 。火焰矯正法火焰加熱的三要素加熱位置加熱溫度加熱區(qū)的形狀 加熱位置是成敗的關(guān)鍵因素，加熱位

6、置不正確，不僅起不到矯正作用，反而加重已有的變形。因此，所選的加熱位置必須使產(chǎn)生的變形方向與焊接殘余變形方向相反，起到抵消變形的作用。加熱位置結(jié)構(gòu)鋼火焰矯正加熱溫度一般為660800之間。現(xiàn)場測溫不便，一般用眼睛觀察加熱部位的顏色來判斷加熱的大致溫度。加熱溫度點狀加熱集中在金屬表面的一個圓點加熱，加熱后可獲得以一點為中心的均勻徑向收縮效果。適應(yīng)薄板波浪變形的矯平，常以梅花狀均勻分布，點直徑15mm，厚板時應(yīng)適當(dāng)加大；點間距50100mm，為了提高效率，每加熱完一個點后，立即用木錘鍛打加熱點及周圍區(qū)域，以增加壓縮塑性變形（薄板鍛打時，背面須設(shè)墊板），可澆水冷卻。加熱區(qū)的形狀點狀加熱點狀加熱 條狀

7、加熱火焰沿直線方向移動，連續(xù)加熱金屬表面，形成一條加熱線即條狀加熱。 薄板校平不作橫向擺動加熱，需擴大面積 時，從中間向兩側(cè)平行的增加加熱線，線距視變形程度而定，變形量大宜密些。條狀加熱 若在移動過程中橫向擺動，就形成加熱帶即帶狀加熱。帶狀加熱的橫向收縮一般大于縱向收縮量，應(yīng)充分利用此特點安排加熱位置，厚板校正主要采用帶狀加熱。帶狀加熱多用于校正變形量較大或剛性較大的構(gòu)件。帶狀加熱加熱區(qū)呈三角狀，可獲得三角底部邊橫向收縮大于頂端橫向收縮的效果。用于剛性大和變形量大的焊件時常采用這種加熱方式。三角加熱將焊接處熱量迅速散走，減小焊縫及其附近的受熱區(qū)，達到減小焊接變形的目的。 散熱法噴水法散熱散熱墊法散熱水浸法散熱1.了解構(gòu)件的材質(zhì)，焊接性好的材料都能用火焰矯正，如低碳鋼、低合金鋼（16Mn等），不僅可以用火焰矯正，而且還可以澆水急冷，提高校正效率。2.火焰矯正過程用水急冷的目的是限制膨脹范圍；增加對加熱區(qū)的擠壓作用； 不必等待， 可立即看