焊接應力和變形

1、焊接應力和變形.教學目的：了解應力和變形的概念、產(chǎn)生原因；了解焊接變形的種類；掌握預防和減小焊接應力和變形的措施。教學重點：預防和減小焊接應力和變形的措施教學難點：應力和變形的概念、產(chǎn)生原因教學課時：16課時第一節(jié) 應力和變形的概念一、變形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點在焊接過程中，局部區(qū)域受到很強的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。 二、應力焊接后冷卻時，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應力稱為焊接應力。三、應力形成 兩塊鋼板上施焊時，產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫附近溫度高達1600°C，其鄰近區(qū)域溫度較低，且冷卻很快。冷卻時鋼材收縮，冷卻慢的區(qū)域收縮受

2、到限制，從而產(chǎn)生拉應力，冷卻快的區(qū)域受到壓應力。 四、焊接應力的分類1.根據(jù)焊接應力在空間的位置單向應力、雙向應力、三向應力。2.根據(jù)焊接應力發(fā)生和互相平衡所在的范圍大小第一類應力、第二類應力、第三類應力。3.根據(jù)焊接應力在焊縫中的方向不同縱向應力、橫向應力、厚度方向應力第二節(jié) 焊接應力和變形的產(chǎn)生原因焊件進行局部的、不均勻的加熱是產(chǎn)生焊接應力和變形的原因。一、金屬棒的均勻加熱和冷卻金屬棒在均勻加熱時，產(chǎn)生過壓縮塑性變形，則冷卻后必定產(chǎn)生縮短變形。二、縱向焊接應力和變形焊接時，在電弧熱的作用下，使金屬局部達到熔化溫度，但離電弧較遠處的金屬溫度則較低，這樣焊件就出現(xiàn)了不均勻的膨脹。沿焊縫軸線方向

3、尺寸的縮短。三、橫向焊接應力和變形焊件在于海峰軸線垂直的方向上，焊縫及熱影響區(qū)金屬在加熱過程中也受到壓應力，發(fā)生壓縮塑性變形，在冷卻后則存在著殘余應力和變形，稱為橫向焊接應力和變形。四、影響焊接應力和變形的因素影響焊接應力和變形的因素主要包括以下幾點：焊接規(guī)范、焊縫尺寸、焊縫在結(jié)構(gòu)中位置的布置、焊縫分段和焊接方向、焊接程序、焊接結(jié)構(gòu)的剛性以及層數(shù)。第三節(jié) 焊接變形的種類一、縱向變形指平行于焊縫方向的變形。多層焊比單層焊的變形量小。二、橫向變形指垂直于焊縫方向的變形。角焊縫和對接焊縫焊后都會引起橫向變形，同時，與焊接方法有關(guān)。三、彎曲變形T型梁焊接后，由于焊縫布置不對稱，焊縫多的一面收縮量大，引

4、起的工件彎曲。四、角變形由于V型坡口對接焊焊縫布置不對稱，造成焊縫上下橫向收縮量不均勻而引起的變形。五、扭曲變形由于焊接過程中焊接順序和焊接方向不合理引起的工件扭曲，又稱為螺旋形變形，多出現(xiàn)在工字梁的焊接加工過程中。六、波浪變形這種變形易發(fā)生在波板焊接過程中。是由于焊縫收縮使薄板局部引起較大的壓應力而失去穩(wěn)定性，焊后使構(gòu)件成波浪形。第四節(jié) 預防和減小焊接應力和變形的措施一、從結(jié)構(gòu)設計方面的預防措施1、盡量減少焊縫數(shù)量。2、合理地選擇焊縫的尺寸和形式。3、合理設計結(jié)構(gòu)形式及合理安排焊縫位置。二、減小焊接應力和變形的方法1.反變形法是根據(jù)預測的焊接變形大小和方向,在焊件裝配時造成與焊接殘余變形大小

5、相當、方向相反的預變形量(反變形量),焊后焊接殘余變形抵消了預變形量,使構(gòu)件恢復到設計要求的幾何形狀和尺寸。這種預制的反變形可以是彈性的，塑性的或彈塑性的。采用加裕量的辦法控制焊接變形時，在工件下料尺寸上所加的焊接裕量通常為0.1%0.2%,以彌補焊后變形。2選擇合理的焊接順序 （1）盡量使焊縫能自由收縮，這樣產(chǎn)生的殘余應力較小。（2）結(jié)構(gòu)中同時存在對接縫和角接縫時，必須先焊對接縫，后焊角接縫。（3）采用分散對稱焊工藝，長焊縫盡可能采用分段退焊或跳焊的方法進行焊接，這樣加熱時間短、溫度低且分布均勻，可減小焊接應力和變形。 （4）合理選用各種焊接程序3. 剛性固定法 利用夾具、胎具等強制手段，以

6、外力固定被焊工件來減小焊接變形。該法能有效地減小焊接變形，但會產(chǎn)生較大的焊接應力，所以一般只用于塑性較好的低碳鋼結(jié)構(gòu)。 4.錘擊焊縫法 焊后用圓頭小錘對紅熱狀態(tài)下的焊縫進行錘擊，可以延展焊縫，從而使焊接應力得到一定的釋放。 5.焊前預熱法在補焊前可對鑄件上的適當部位進行加熱，以減少焊接時對焊接部位伸長的約束，焊后冷卻時，加熱部位與焊接處一起收縮，從而減小焊接應力。被加熱的部位稱為減應區(qū)，這種方法叫做加熱減應區(qū)法，如圖3-7所示。利用這個原理也可以焊接一些剛度比較大的焊縫。 6.冷卻法利用容易散熱的物體把焊接處的熱量迅速散去，時焊縫附近的金屬受熱面大大減小，達到減小焊接變形的目的。三、消除焊接殘

7、余應力的方法1.概述焊接結(jié)構(gòu)件焊后在焊件內(nèi)會產(chǎn)生大小不同的殘余應力。當焊件受到外力影響時，由于殘余應力的作用，會使焊件變形，甚至產(chǎn)生裂紋。因此，焊件焊后是否要消除焊接殘余應力，應從構(gòu)件的用途、尺寸（特別是厚度）、所用材料的性能及工作條件綜合考慮。2.整體高溫回火是指將整體構(gòu)件加熱至鍛造溫度以上再進行矯正的方法,可用以消除較大的形狀偏差。但是焊后整體加熱容易引起冶金方面的副作用,限制了該方法的進一步推廣及應用。3. 局部高溫回火采用火焰對焊接構(gòu)件局部加熱,在高溫處,材料的熱膨脹受到構(gòu)件本身剛性制約,產(chǎn)生局部壓縮塑性變形,冷卻后收縮,抵消了焊后部位的伸長變形,達到矯正目的, 局部加熱矯正

8、方法簡便靈活,因此在生產(chǎn)上廣為應用。在實際使用時應控制加熱的溫度與位置，對于低碳鋼和普通低合金鋼，常采用600800的加熱溫度。4. 機械拉伸法 對焊件進行加載，使焊縫區(qū)產(chǎn)生微量塑性拉伸，可以使殘余應力降低。例如，壓力容器在進行水壓試驗時，將試驗壓力加到工作壓力的1.21.5倍，這時焊縫區(qū)發(fā)生微量塑性變形，應力被釋放。5.溫度拉伸法對焊后的焊件沿焊縫兩側(cè)加熱，然后再快速冷卻形成一個焊縫兩側(cè)溫度高、焊縫區(qū)溫度低的溫度場，從而使原焊縫區(qū)受到的壓縮塑性變形進行拉伸，以抵消原來的壓縮塑性變形，消除部分應力。6.振動時效處理利用一種嚴格受控的振動能量，對結(jié)構(gòu)件進行處理，以解決結(jié)構(gòu)件內(nèi)部因殘余應力導致抗載

9、荷能力變化的問題。7.電物理處理采用電物理處理裝置對焊縫進行處理，替代傳統(tǒng)的焊后熱處理。四、焊接變形和矯正方法1.機械矯正 利用機械力產(chǎn)生塑性變形來矯正焊接變形，如圖3-10所示。這種方法適用于塑性較好、厚度不大的焊件。 2.火焰矯正 利用金屬局部受熱后的冷卻收縮來抵消已發(fā)生的焊接變形。這種方法主要用于低碳鋼和低淬硬傾向的低合金鋼?；鹧娉C正一般采用氣焊焊炬，不需專門設備，其效果主要取決于火焰加熱的位置和加熱溫度。加熱溫度范圍通常在600800。圖3-11為T形梁上拱變形的火焰矯正方法。加熱方法有以下幾種：（1）點狀加熱法多用于薄板結(jié)構(gòu)，加熱點直徑d15mm,加熱點中心距a為50100mm。（2

10、）線狀加熱法多用于矯正角變形、扭曲變形及筒體直徑過大或橢圓度。（3）三角形加熱法多用于矯正彎曲變形。（4）水火矯正法多用于雙曲面板材的加工成形。選擇上德教育的優(yōu)勢：1、培訓工種享受政府補貼，蘇州市城鄉(xiāng)勞動者職業(yè)技能培訓定點單位；2、業(yè)余時間上課學習，不擔誤工作時間；3、名師教學，學以致用，押題精準，一次性通過率高；4、零基礎(chǔ)起學，學會為止；5、給學員提供更好的服務態(tài)度。蘇州上德教育提供專業(yè)培訓考證服務：蘇州考安監(jiān)局特種作業(yè)操作證IC卡（電工作業(yè)：安裝，維修，值班，試驗電工，儀表電工，低壓電工，高壓電工指（高壓運行，進網(wǎng)作業(yè)），焊工：電焊，氣焊，氬弧焊，二氧化碳保護焊（二保焊），手工電弧焊，埋弧

11、焊，電阻焊，電渣焊。高空作業(yè)：登高架設作業(yè)，高處安裝、維護、拆除作業(yè)?？照{(diào)制冷：制冷安裝維修）蘇州考建設廳特殊工種項目（建筑電工、建筑焊工、司索信號工、架子工、塔吊司機、塔吊裝拆工、施工升降機司機、施工升降機裝拆工、物料提升機司機、物料提升機司機裝拆工、高處作業(yè)吊籃安裝拆卸工、建筑混凝土操作工、樁機操作工、建筑施工現(xiàn)場場內(nèi)機動車司機（叉車、裝載機、翻斗車、推土機、挖掘機、壓路機、平地機、瀝青機）蘇州考人社局資格證技工（鉗工（裝配、機修）、焊工、維修電工、冷作鈑金工、砌筑工、混凝土工、鋼筋工、架子工、防水工、綠化工、抹灰工、油漆工、木工、管工、園林園藝師、智能樓宇管理師、面點師、育嬰師）蘇州考公共營養(yǎng)師（公共營養(yǎng)師3級公共營養(yǎng)師2級）蘇州考心理咨詢師（心理咨詢師3級心理咨詢師2級）蘇州考人力資源管理師（人力資源管理師3級人力資源