第4章_焊接應(yīng)力與變形

1、第一第一節(jié)節(jié) 焊接應(yīng)力和變形概述焊接應(yīng)力和變形概述第二節(jié)第二節(jié) 焊接殘余變形焊接殘余變形第三節(jié)第三節(jié) 焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力第第4 4章章 焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形教學(xué)重點焊接應(yīng)力和變形的概念、分類；減少和防止焊接殘余應(yīng)力及變形的措施；教學(xué)難點本章重點與難點焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的過程及原因；控制焊接應(yīng)力和殘余變形的措施學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的原因、特點、類型；掌握控制焊接應(yīng)力和變形的工藝措施。應(yīng)用能力學(xué)習(xí)目標(biāo)與應(yīng)用應(yīng)用合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝措施控制焊接應(yīng)力和變形的方法 什么是應(yīng)力什么是應(yīng)力什么是內(nèi)力由外力或其他因素引起物體內(nèi)部之間的相互作用力單位截面積單位截面積上的內(nèi)力上的內(nèi)力1

2、.工作應(yīng)力工作應(yīng)力2.內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力4.1焊接應(yīng)力和變形概述4.1.1焊接應(yīng)力和變形的概念 內(nèi)應(yīng)力詳解內(nèi)應(yīng)力是在沒有外力的條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因溫度應(yīng)力（熱應(yīng)力）殘余應(yīng)力由于構(gòu)件受熱不均勻引起（舉例：金屬框架詳解，此種情況在溫度應(yīng)力不高，即低于材料的屈服極限，框架里不產(chǎn)生塑性變形）如果不均勻溫度場所造成的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到材料的屈服極限，使局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)溫度恢復(fù)到原始的均勻狀態(tài)后產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力即殘余應(yīng)力 什么是變形什么是變形外力外力溫度溫度形狀尺寸改變變形彈性變形塑性變形在外力或其他因素作用下發(fā)生變形，當(dāng)外力或其他因素去除后變形也隨之消失，物體恢復(fù)原狀相反，當(dāng)外力或其他因

3、素去除后，變形仍然存在，即物體不能恢復(fù)到原狀態(tài)下的變形 什么是焊接應(yīng)力與焊接變形內(nèi)應(yīng)力焊接應(yīng)力焊接變形焊接過程中的某一瞬時值焊接后殘留于焊件中的值焊接瞬時應(yīng)力焊接瞬時變形焊接殘余應(yīng)力焊接殘余變形焊接構(gòu)件由焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力是焊件由焊接而產(chǎn)生的變形（包括尺寸和形狀的改變1.按應(yīng)力的 分布范圍2.根據(jù)結(jié)構(gòu)中的空間位置圍平衡的應(yīng)力超微觀應(yīng)力：在晶格范內(nèi)相互平衡的應(yīng)力微觀應(yīng)力：在晶粒范圍范圍平衡的應(yīng)力宏觀應(yīng)力：在整個焊接. 3. 2. 1焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因及分類焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因及分類 1的三個方向作用三向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的兩個方向作用雙向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的一個方向作用單向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件. 3. 2

4、. 1 焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因及分類13.根據(jù)應(yīng)力根據(jù)應(yīng)力與焊縫的與焊縫的相對位置相對位置4.根據(jù)應(yīng)力根據(jù)應(yīng)力產(chǎn)生產(chǎn)生 、作、作用的時間用的時間5.根據(jù)應(yīng)力根據(jù)應(yīng)力 形成原因形成原因 向與焊縫垂直橫向應(yīng)力：應(yīng)力作用方向與焊縫平行縱向應(yīng)力：應(yīng)力作用方. 2. 1應(yīng)力殘余應(yīng)力：焊后留下的現(xiàn)的應(yīng)力瞬時應(yīng)力：焊接過程出. 2. 1受阻屬組織轉(zhuǎn)變時體積變化組織應(yīng)力：由于接頭金力變形受到拘束引起的應(yīng)拘束應(yīng)力：由于焊件熱均勻加熱引起的應(yīng)力溫度應(yīng)力：由于焊件不. 3. 2. 1焊接變形產(chǎn)生原因及分類 21.自由變形：自由變形：當(dāng)金屬物體溫度發(fā)生變化，或發(fā)生了當(dāng)金屬物體溫度發(fā)生變化，或發(fā)生了相變，其尺寸和形狀就要發(fā)

5、生變化，如果這種變相變，其尺寸和形狀就要發(fā)生變化，如果這種變化沒有受到外界的阻礙而自由的進行?；瘺]有受到外界的阻礙而自由的進行。單位長度的自由變形量：單位長度的自由變形量：010TTLLT0LLTT01TT 焊接變形產(chǎn)生原因及分類 22.外觀變形外觀變形：當(dāng)金屬物在溫度變化過程中受到阻礙，：當(dāng)金屬物在溫度變化過程中受到阻礙，不能完全的自由變形，把能表現(xiàn)出來的這部分變不能完全的自由變形，把能表現(xiàn)出來的這部分變形，稱為外觀變形形，稱為外觀變形。3.內(nèi)部變形內(nèi)部變形：把未表現(xiàn)出來的那部分變形，稱為內(nèi)：把未表現(xiàn)出來的那部分變形，稱為內(nèi)部變形部變形 ； 000LLTLLL00LL 鋼的屈服極限s在050

6、0時基本是一常數(shù)。當(dāng)溫度超過500時， s發(fā)生陡降，當(dāng)溫度達(dá)到600時， s接近于零。說明鋼材此時幾乎處于完全塑性狀態(tài)，在很小的外力作用下就可以發(fā)生塑性變形。4.1.2焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的過程 焊接是一個加熱和冷卻的熱循環(huán)過程，焊接時金屬受熱和冷卻的整個熱循環(huán)的溫度范圍常在1500以上。 見P51圖4-1所示 焊接時的應(yīng)力和變形的形成主要取決于焊接熱過程，以及焊件在焊接過程中受拘束的條件 1.均勻加熱時引起應(yīng)力與變形的原因（見P52圖4-3所示）（1）能自由膨脹和收縮的無拘束狀態(tài)桿件在無拘束條件下桿件均勻加熱、冷卻時的變形和應(yīng)力 桿件一端固定的自由熱變形0TtT注意（2）桿件兩端完全固定，不能

7、膨脹也不能收縮剛性拘 束狀態(tài)桿件在拘束條件為均勻加熱、冷卻時不能自由變形的變形和應(yīng)力 受拘束桿件均勻加熱、冷卻過程中的變形和應(yīng)力s|1 . 4ttTT01t2t 桿件在拘束條件為均勻加熱、冷卻時皆不能自由變形的變形和應(yīng)力受拘束桿件均勻加熱、冷卻過程中的變形和應(yīng)力CTos500;|2 . 4max0Tt1t2t 3t4ts2psrsT桿件在拘束條件為均勻加熱、冷卻時皆不能自由變形的變形和應(yīng)力受拘束桿件均勻加熱、冷卻過程中的變形和應(yīng)力s01t2t3t4tts 5t6t7t4psTs500600Co500Co600CTos600;|3 . 4maxT3.有一定程度的拘束狀態(tài) 桿件在拘束條件為加熱時不

8、能自由膨脹，冷卻時能自由收縮是的變形和應(yīng)力 s|4 . 4T0t1t桿件在拘束條件為加熱時不能自由膨脹，冷卻時能自由收縮是的變形和應(yīng)力TT1t2t3t4t2pt500Co500ss2pCTos500;|5 . 4max0桿件在拘束條件為加熱時不能自由膨脹，冷卻時能自由收縮是的變形和應(yīng)力500600Co500Co6004p4p1t2t3t4t5tT0TtsCTos600;|6 . 4max 結(jié)論： 焊接變形和焊接應(yīng)力都是由于焊接是局部的不均勻加熱引起的 焊接時加熱區(qū)金屬在周圍母材金屬一定程度的拘束作用下，不能自由地?zé)崦浝淇s 在加熱時，發(fā)生壓縮塑性變形，在冷卻時若能夠收縮就產(chǎn)生焊接變形，若不能自由

9、地收縮就產(chǎn)生焊接應(yīng)力。 當(dāng)焊件拘束度較小時，冷卻時能夠比較自由地收縮，則焊接變形較大而焊接應(yīng)力較小 若焊件拘束度較大或外加較大剛性拘束，則冷卻時不能自由地收縮，焊接變形較小而焊接應(yīng)力很大2.不均勻加熱時引起應(yīng)力與變形的原因（1）長鋼板一側(cè)加熱引起的應(yīng)力和變形長鋼板在中心加熱引起的縱向收縮變形和應(yīng)力 長板條冷卻后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和變形 殘余應(yīng)力的分殘余應(yīng)力的分布是：焊縫及布是：焊縫及近焊縫區(qū)域受近焊縫區(qū)域受到拉應(yīng)力，常到拉應(yīng)力，常達(dá)以后隨遠(yuǎn)離達(dá)以后隨遠(yuǎn)離焊縫依次是壓焊縫依次是壓應(yīng)力，拉應(yīng)力，應(yīng)力，拉應(yīng)力，形成三個正負(fù)形成三個正負(fù)相間的應(yīng)力分相間的應(yīng)力分布區(qū)。布區(qū)。（2）對接接頭Y形坡口焊接后的角變

10、形 對接接頭Y形坡口的焊縫，在焊縫正面較寬，在根部較窄，因此冷卻時焊縫橫向收縮變形在焊件厚度方向上不均勻，焊縫橫截面上部橫向收縮變形大，下部與根部橫向收縮變形小，造成構(gòu)建平面的偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生角變形4.2 焊接殘余變形 焊接是一個不均勻加熱和冷卻的過程 焊接過程中出現(xiàn)應(yīng)力和變形 焊后焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形。 4.2.1焊接殘余變形的分類 焊接殘余變形主要有焊接殘余變形主要有 收縮變形（縱向、橫向收縮）角變形、彎收縮變形（縱向、橫向收縮）角變形、彎曲變形、波浪變形曲變形、波浪變形 ( (失穩(wěn)變形失穩(wěn)變形) ) 和扭曲變和扭曲變形形 見圖4-1所示及錯邊變形錯邊變形圖1-29a)b)c)

11、d)e)圖4-1 焊接變形的基本變形形式a)收縮變形 b)角變形 c)彎曲變形 d)波浪變形 e)扭曲變形返回1.收縮變形定義：焊件尺寸比焊前縮短的現(xiàn)象。分類：縱向收縮變形：橫向收縮變形 見4.7所示（1）縱向收縮變形：沿焊縫軸線（長度）方向尺寸的縮短由于焊縫及其附近區(qū)域在焊接高溫的作用下產(chǎn)生縱向的壓縮塑性變形，當(dāng)焊接冷卻后該區(qū)域產(chǎn)生收縮而引起圖4-7 縱向和橫向收縮變形縱向橫向收縮變形縱向收縮變形的影響因素 焊縫的長度 焊件的橫截面積大小 焊接材料的彈性模量 焊件中產(chǎn)生壓縮塑性變形的區(qū)域面積大小 產(chǎn)生壓縮塑性的變形率縱向收縮變形的規(guī)律及措施 焊件的橫截面積越大焊件的縱向收縮量越小 焊縫的長度

12、越長焊件的縱向收縮量越大 焊接時的熱輸入越大縱向收縮越大 焊件的原始溫度越高焊件的縱向收縮量越大 焊件材料的線膨脹系數(shù)越大焊件的縱向收縮量越大采用間斷焊縫代替連續(xù)焊縫采用多層焊接工藝代替單層焊(補充)焊接時提高焊件的初始溫度，可降低壓縮塑性的變形量選擇線膨脹系數(shù)較小的材料進行焊接（2）橫向收縮變形：垂直焊縫軸線方向尺寸的縮短橫向收縮變形與縱向收縮基本相同，但是影響的因素較多：線能量、接頭形式、裝配間隙、板厚等橫向收縮變形的影響因素1）與熱輸入有關(guān)與熱輸入有關(guān)：橫向收縮變形隨焊接熱輸入增大而增加。2）與間隙有關(guān)與間隙有關(guān)：裝配間隙增加，橫向收縮也增加，如圖4-83）與焊接長度有關(guān)與焊接長度有關(guān)：

13、焊縫的橫向收縮沿焊接方向由小到大，逐漸增大到一定程度后便趨于穩(wěn)定。4）與拘束程度有關(guān)與拘束程度有關(guān)：定位焊縫越長，橫向收縮變形量就越小5）與金屬填充量有關(guān)與金屬填充量有關(guān)：對接接頭的橫向收縮量隨焊縫金屬量的增加而增加大的6）與焊接方法有關(guān)與焊接方法有關(guān)：焊接方法對橫向收縮量也有影響。7）與焊縫形式有關(guān)與焊縫形式有關(guān)：角焊縫的橫向收縮要比對接焊縫小得多。 焊接線能量增大橫向收縮量增大 裝配間隙增大橫向收縮量增大 橫向收縮量的分布規(guī)律：沿著焊接長度方向由小到大，隨后趨于穩(wěn)定。 焊縫金數(shù)量填充量增加橫向收縮量增大 熱輸入、焊材板厚及坡口角度增大橫向收縮量增大橫向收縮變形的規(guī)律圖4-8 帶間隙平板對接

14、焊的橫向收縮變形過程角變形、彎曲變形和波浪變形3. 彎曲變形（撓曲變形） 定義：長構(gòu)件因不均勻加熱和冷卻在焊后兩端撓起的變形彎曲變形的影響因素（1）縱向收縮引起的彎曲變形：如圖4-9所示為不對稱布置焊縫的縱向收縮所引起的彎曲變形。當(dāng)焊縫位置對稱或接近于截面中性軸，則彎曲變形就比較小。（2）橫向收縮引起的彎曲變形：焊縫的橫向收縮在結(jié)構(gòu)上分布不對稱時引起的，如圖4-10圖4-9 焊縫的縱向收縮引起的彎曲變形圖4-10 焊縫橫向收縮引起的彎曲變形橫向引起彎曲變形 橫向引起彎曲變形與焊縫到橫向引起彎曲變形與焊縫到焊件形心的距離成正比焊件形心的距離成正比3 角變形 定義：焊接時由于焊接區(qū)沿板材厚度方向不

15、均勻的橫向收縮而引起的回轉(zhuǎn)變形 角變形產(chǎn)生的根本原因是由于焊縫的橫向收縮沿板厚分布不均勻所致。對接接頭的角變形 平板堆焊中的角變形T形接頭的角變形1）.焊縫橫向焊縫橫向收縮引起的收縮引起的彎曲角變形彎曲角變形 2）.焊縫金屬焊縫金屬收縮引起的收縮引起的傾斜角變形傾斜角變形 4. 波浪變形（翹曲變形） 定義：薄板焊接時，因不均勻加熱，焊后構(gòu)件呈波浪狀變形，或由幾條相互平行的角焊縫橫向收縮產(chǎn)生的角變形而引起的波浪狀變形，見圖4-11所示 波浪變形常發(fā)生于板厚小于6mm的薄板焊接又稱之為失穩(wěn)變形。 原因原因：薄板在承受：薄板在承受壓應(yīng)力，當(dāng)其中的壓應(yīng)力，當(dāng)其中的壓應(yīng)力達(dá)到壓應(yīng)力達(dá)到-臨界力，臨界力，

16、薄板將出現(xiàn)波浪變薄板將出現(xiàn)波浪變形失去承載能力，形失去承載能力，稱之為失穩(wěn)。稱之為失穩(wěn)。圖4-11 焊接角變形引起的波浪變形 5. 扭曲變形 定義：焊后構(gòu)件發(fā)生扭曲 產(chǎn)生扭曲變形的原因主要是焊縫角變形沿焊縫長度方向分布不均勻及工件的縱向錯邊有關(guān)。工字梁的扭曲變形6.錯邊變形 原因原因：主要是焊接過程中對接邊的熱量不平衡，裝：主要是焊接過程中對接邊的熱量不平衡，裝配不善會造成錯邊配不善會造成錯邊4.2.2影響焊接殘余變形的因素 影響焊接殘余變形大小的因素：影響焊接殘余變形大小的因素： 焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置 焊接結(jié)構(gòu)的剛性焊接結(jié)構(gòu)的剛性 焊縫的長度和坡口形式焊縫的長度和坡口形式 焊

17、接結(jié)構(gòu)的裝配順序焊接結(jié)構(gòu)的裝配順序 焊接工藝方法焊接工藝方法 焊接操作方法焊接操作方法 結(jié)構(gòu)材料的膨脹系數(shù)等結(jié)構(gòu)材料的膨脹系數(shù)等1.1.焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置 焊接結(jié)構(gòu)剛性不大、焊縫在結(jié)構(gòu)中對稱布置或焊接結(jié)構(gòu)剛性不大、焊縫在結(jié)構(gòu)中對稱布置或焊縫在結(jié)構(gòu)的中性軸上、焊縫截面重心與接頭截面焊縫在結(jié)構(gòu)的中性軸上、焊縫截面重心與接頭截面重心在同一位置（即焊縫截面上下左右對稱）施焊重心在同一位置（即焊縫截面上下左右對稱）施焊順序與方向合理時，主要產(chǎn)生順序與方向合理時，主要產(chǎn)生縱向縮短和橫向縮短縱向縮短和橫向縮短 焊縫在結(jié)構(gòu)中布置不對稱時，焊后要產(chǎn)生焊縫在結(jié)構(gòu)中布置不對稱時，焊后要產(chǎn)生彎曲彎曲

18、變形，彎曲方向朝向焊縫較多的一側(cè)變形，彎曲方向朝向焊縫較多的一側(cè) 焊縫偏離結(jié)構(gòu)中性軸式，則焊縫偏離結(jié)構(gòu)中性軸式，則焊后要產(chǎn)生焊后要產(chǎn)生彎曲變彎曲變形，彎曲方向朝向焊縫一側(cè)，形，彎曲方向朝向焊縫一側(cè)，焊縫偏離結(jié)構(gòu)中性軸焊縫偏離結(jié)構(gòu)中性軸越遠(yuǎn)，則越容易產(chǎn)生越遠(yuǎn)，則越容易產(chǎn)生彎曲變形彎曲變形2.焊接結(jié)構(gòu)的剛性 衡量焊接接頭剛性大小的定量指標(biāo)拘束度 拘束度 拉伸拘束度 彎曲拘束度 拘束度越大，剛性越大，焊接結(jié)構(gòu)越不易變形結(jié)構(gòu)抵抗拉伸的剛性主要決定與結(jié)構(gòu)面積的大小結(jié)構(gòu)抵抗拉伸的剛性主要決定與結(jié)構(gòu)面積的大小 截面積越截面積越大，拉伸拘束度就越大，則抵抗拉伸的剛性就越大，變形就大，拉伸拘束度就越大，則抵抗拉

19、伸的剛性就越大，變形就越小。越小。結(jié)構(gòu)抵抗彎曲的剛性主要看結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸大小結(jié)構(gòu)抵抗彎曲的剛性主要看結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸大小結(jié)構(gòu)抵抗扭曲的剛性除了決定于結(jié)構(gòu)的尺寸大小外，最主要的結(jié)構(gòu)抵抗扭曲的剛性除了決定于結(jié)構(gòu)的尺寸大小外，最主要的是結(jié)構(gòu)截面形狀是結(jié)構(gòu)截面形狀 短而粗的焊接結(jié)構(gòu)，剛性較大；細(xì)而長的構(gòu)件，短而粗的焊接結(jié)構(gòu)，剛性較大；細(xì)而長的構(gòu)件，抗彎剛性小抗彎剛性小說明說明結(jié)論結(jié)論3.3.焊縫長度和坡口形式焊縫長度和坡口形式 焊縫截面越大，焊縫長度越長，焊縫截面越大，焊縫長度越長， 焊接變形越大。焊接變形越大。Y形坡口的焊縫和角焊縫形坡口的焊縫和角焊縫橫向收縮橫向收縮要要產(chǎn)生角變形產(chǎn)生角變

20、形。坡口角度。坡口角度越大，角變形越大。越大，角變形越大。Y形（形（V形）坡口比形）坡口比U形坡口角變形大。形坡口角變形大。X形（雙形（雙Y形）坡口比形）坡口比Y形坡口角變形小。形坡口角變形小。 X形坡口比雙形坡口比雙U形坡口角變形大。形坡口角變形大。I形坡口角變形小。坡口的根部間隙越形坡口角變形小。坡口的根部間隙越大，則變形越大大，則變形越大。4.4.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 焊接結(jié)構(gòu)的剛性是在焊接結(jié)構(gòu)的剛性是在裝配、焊接裝配、焊接過程中逐漸增大的，過程中逐漸增大的，結(jié)構(gòu)整體的剛性總比它的零、部件剛性大結(jié)構(gòu)整體的剛性總比它的零、部件剛性大 盡可能先盡可能先裝配整體裝配

21、整體，然后，然后再焊接再焊接，可，可減少焊接結(jié)構(gòu)的變形減少焊接結(jié)構(gòu)的變形。 焊接順序焊接順序不合理不合理，引起，引起焊接變形焊接變形 合理的焊接順合理的焊接順序，可使變形達(dá)到最小序，可使變形達(dá)到最小5.5.焊接線能量焊接線能量 焊接線能量越大，焊接變形也越大。焊接變形隨著焊接電流的增大而增大，隨著焊接速度的加快而減小。 焊件形式尺寸及剛性拘束度相同條件下，埋弧自動焊產(chǎn)生的變形比焊條電弧焊大，CO2氣體保護焊和氬弧焊產(chǎn)生的變形比焊條電弧焊小 氣焊、電渣焊的焊接變形大，電弧焊引起的焊接變形小，電子束焊和激光焊的焊接變形極小 單道焊、大電流慢速擺動焊的線能量大，引起的焊接變形比多層多道焊、小電流快速

22、不擺動焊大。對稱的焊縫對稱施焊時，可減少焊接變形或不產(chǎn)生某種變形。 結(jié)構(gòu)材料的線膨脹系數(shù)大（如不銹鋼），熱脹冷縮量大，引起的焊接變形大4.2.3 控制焊接變形的措施控制焊接變形的措施1. 設(shè)計措施（1） 選擇合理的焊縫形狀和尺寸選擇合理的焊縫形狀和尺寸：在保證結(jié)構(gòu)的承載在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，盡量采用較小的焊縫尺寸能力的條件下，盡量采用較小的焊縫尺寸1）選擇最小的焊縫尺寸(如圖4-12示） 圖4-12 相同承載能力的十字接頭2） 選擇合理的坡口形式（如圖4-13示）選用焊縫金屬少的坡口形式 a)角變形大 b)角變形小圖4-13T形接頭的坡口（2）盡可能減少焊縫的數(shù)量）盡可能減少焊縫的數(shù)量

23、 用型鋼代替鋼板，用斷續(xù)焊代替連續(xù)焊只要允許，多采用型材、沖壓件；焊縫多且密集處，可以采用鑄焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)，就可以減少焊縫數(shù)量。此外，適當(dāng)增加壁板厚度，以減少肋板數(shù)量，或者采用壓型結(jié)構(gòu)代替肋板結(jié)構(gòu)，都對防止薄板結(jié)構(gòu)的變形有利。（3）合理安排焊縫的位置）合理安排焊縫的位置（見圖（見圖4-14所示）所示） 梁、柱等焊接構(gòu)件、常因焊縫偏心配置而產(chǎn)生彎曲變形。箱形結(jié)構(gòu)的焊縫安排a)b)圖4-14 合理安排焊縫位置防止焊接變形a)不合理 b)合理反變形法反變形法 定義定義：在焊接前對焊件施加具有大小相同、方向相反的變：在焊接前對焊件施加具有大小相同、方向相反的變形，以抵消焊后發(fā)生變形的方法。這種方法可以防止

24、彎曲形，以抵消焊后發(fā)生變形的方法。這種方法可以防止彎曲變形和角變形。變形和角變形。(如圖如圖4-15所示）所示）2.工藝措施平板對接焊時的反變形法a)b)c)圖4-15 無外力作用下的反變形法a)平板對接焊 b)電渣對接立焊 c)工字梁翼板反變形剛性固定法 在無反變形的情況下，將構(gòu)件在無反變形的情況下，將構(gòu)件加以固定來限制焊接變形，加以固定來限制焊接變形，（在焊法蘭盤上），防止角變（在焊法蘭盤上），防止角變形和波浪變形較好形和波浪變形較好定義定義：當(dāng)焊件剛性較小時，利用外加剛性拘束來減少焊件焊：當(dāng)焊件剛性較小時，利用外加剛性拘束來減少焊件焊后變形的方法后變形的方法 1）將焊件固定在剛性平臺上，

25、如圖4-16 2）將焊件組合成剛度更大或?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，如圖4-17 3）利用焊接夾具增加結(jié)構(gòu)的剛度和拘束，如圖4-18 4）利用臨時支撐增加結(jié)構(gòu)的拘束，如圖1-19圖4-16 薄板拼接時的剛性固定圖4-17 T形梁的剛性固定與反變形圖4-18 對接拼板時的剛性固定圖4-19防護罩焊接時的臨時支撐選擇合理的裝配焊接順序1）大而復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)，先將結(jié)構(gòu)簡單的部件單獨進行焊接，再總裝成整體。2）焊縫應(yīng)盡量靠近結(jié)構(gòu)截面的中性軸，如圖4-203）對于焊縫非對稱布置的結(jié)構(gòu)，裝配焊接時應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)，如圖4-214）焊縫對稱布置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)由偶數(shù)焊工對稱施焊，如圖4-225）長焊縫焊接時，可采用圖4-23所

26、示的方向和順序進行焊接，以減小其焊后的收縮變形圖4-20 主梁裝配焊接a) 形梁結(jié)構(gòu)示意圖 b) 形梁的裝配焊接方案圖4-21 壓力機壓型上模的焊接順序a)壓型上模結(jié)構(gòu)圖 b)、c)、d)焊接順序a)b)c)d)圖4-22圓筒體對接焊縫的焊接順序a)b)c)d)圖4-23 長焊縫的幾種焊接順序合理地選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)圖4-24 非對稱截面結(jié)構(gòu)的焊接采用快速高溫焊接方法或小能量（熱輸入）可以減少焊接變形熱平衡法采用熱平衡法防止焊接變形散熱法散熱法示意圖a)水浸法散熱 b)噴水法散熱 c)散熱墊法散熱4.2.4 矯正焊后殘余變形的方法1.手工矯正法:主要用于矯正一些小型簡單焊件的彎曲變形和

27、薄板的波浪變形2.機械矯正法：適用于塑性較好的材料及形狀簡單的焊件，如圖4-253.火焰加熱矯正法：利用火焰對焊件進行局部加熱，使焊件產(chǎn)生新的變形來抵消焊接變形（1）點狀加熱，如圖4-26（2）線狀加熱，如圖4-27（3）三角形加熱，如圖4-28火焰矯正變形的效果取決于三個因素：（1）加熱方式（2）加熱位置（3）加熱溫度和加熱面積圖1-59圖4-25 機械矯正法返回圖4-26 點狀加熱適用于波浪變形a)b)c) 圖4-27 線狀加熱a)直通加熱 b)鏈狀加熱 c)帶狀加熱返回適用于角變形圖4-28 工字梁彎曲變形的火焰矯正彎曲變形適用于三角形加熱三角形加熱4.3 焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力4.3

28、.1焊接殘余應(yīng)力的分類1. 按產(chǎn)生應(yīng)力的原因分類（1 1）熱應(yīng)力（溫度應(yīng)力）熱應(yīng)力（溫度應(yīng)力） 焊接是不均勻加熱和冷卻過程，焊件內(nèi)部主要由于受熱不均勻、溫度差異所引起的應(yīng)力。（2 2）拘束應(yīng)力）拘束應(yīng)力 主要由于結(jié)構(gòu)本身或外加拘束作用而引起的應(yīng)力。（3）相變應(yīng)力（組織應(yīng)力） 主要由于焊接接頭區(qū)產(chǎn)生不均勻的組織轉(zhuǎn)變而引起的應(yīng)力（4 4）氫致集中應(yīng)力）氫致集中應(yīng)力 主要由于擴散氫聚集在顯微缺陷處而引起的應(yīng)力。 上述四種殘余應(yīng)力，以熱應(yīng)力和相變應(yīng)力為主，則： 內(nèi)應(yīng)力按產(chǎn)生的原因分為熱應(yīng)力（溫度應(yīng)力）和相變應(yīng)力（組織應(yīng)力）。 2.按應(yīng)力存在的時間分（1 1）焊接瞬時應(yīng)力）焊接瞬時應(yīng)力 （2 2）焊接殘

29、余應(yīng)力）焊接殘余應(yīng)力3.按應(yīng)力在空間的方向分類（1 1）單向應(yīng)力（線應(yīng)力）單向應(yīng)力（線應(yīng)力） 在焊件中沿一個方向存在的應(yīng)力。例如：焊接薄板的對接焊縫及在焊件表面堆焊時產(chǎn)生的應(yīng)力（2 2）雙向應(yīng)力（平面應(yīng)力）雙向應(yīng)力（平面應(yīng)力） 作用在焊件某一平面內(nèi)兩個互相垂直方向上的應(yīng)力 例如：常發(fā)生在厚度為15-20mm的中厚板焊接結(jié)構(gòu)中 3 3）三向應(yīng)力（體積應(yīng)力）三向應(yīng)力（體積應(yīng)力） 作用在焊件內(nèi)互相垂直的3個方向的應(yīng)力例如：焊接厚板的對接焊縫和互相垂直的3各方向焊縫交匯處的應(yīng)力 金屬受熱和冷卻時產(chǎn)生的體積膨脹和收縮是三個方向， 則殘余應(yīng)力總是三向應(yīng)力，忽略很小的一個或兩個方向 應(yīng)力，變?yōu)殡p向應(yīng)力或單向

30、應(yīng)力 4.3.2 焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響1. 對結(jié)構(gòu)強度的影響 引起熱裂紋和冷裂紋 促使接觸腐蝕介質(zhì)的結(jié)構(gòu)在使用時容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋，引起應(yīng)力腐蝕低應(yīng)力脆斷。降低結(jié)構(gòu)的承載能力在應(yīng)力集中、結(jié)構(gòu)剛性拘束大、焊接缺陷較多部位，存在拉伸焊接殘余應(yīng)力減低結(jié)構(gòu)使用壽命，易導(dǎo)致脆斷2. 對焊件加工尺寸精度的影響3. 對受壓桿件穩(wěn)定性的影響機械加工引起內(nèi)應(yīng)力釋放和變形設(shè)計原則設(shè)計原則減小應(yīng)力集中面突變處，應(yīng)力最嚴(yán)重的區(qū)域和斷焊縫盡量不布置在工作式采用剛性較小的接頭形盡量避免三軸交叉焊縫離為容器上相鄰焊縫最小距合相關(guān)要求相鄰焊縫最小距離要符焊縫不止應(yīng)避免集中，尺寸和長度下，盡量減少焊縫截面在保證結(jié)構(gòu)強度的