焊接應力與變形教案

1、焊接變形與應力焊接變形與應力Yunnan Vocational College of Mechanical &Electrical Technology中國是全世界鋼材和焊接材料消費量最多的國家，由于還處在工業(yè)化中期階段，所以消費量還在持續(xù)增長。石油化工建筑結(jié)構(gòu)管道運輸船舶工業(yè)水利工業(yè)汽車制造主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、焊接變形產(chǎn)生的原因及其應力分析二、焊接應力分類及其變形的分類三、控制焊接變形的措施四、矯正焊接變形的方法焊接變形焊接變形是由于焊接時接頭局部區(qū)域的加熱和冷卻是很不均勻的，從而造成焊件上溫度分布極不均勻，最終導致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的形狀變化。焊接變形的危害焊接變形的危害1、影響焊件的精度及

2、使用性能 2、降低裝配質(zhì)量,甚至使產(chǎn)品報廢3、降低結(jié)構(gòu)的承載能力4、 影響焊件的美觀5、提高制造成本。為什么會變形？為什么會變形？如何避免呢？如何避免呢？焊接時，臨近熔池的高溫區(qū)金屬由于熱膨脹受到周圍低溫金屬限制，產(chǎn)生壓縮性變形壓縮性變形。 冷卻時，已發(fā)生壓縮性變形的這部分金屬又受到周圍條件的制約，不能自由收縮，在不同程度上又被拉伸拉伸。 在整個焊接過程中，焊接內(nèi)的熱應力不斷調(diào)整變化，但始終處于自平衡狀態(tài)。當溫度降到室溫時，一部分應力便殘留在焊接內(nèi)，形成所謂的殘余應力。平板對接縱向收縮引起的橫向應力的分布對接焊縫各截面中應力分布焊接應力的分類焊接應力的分類1.按應力分布的范圍2.根據(jù)結(jié)構(gòu)中的空

3、間位置3.根據(jù)應力與焊縫的相對位置1.宏觀應力：在整個焊接范圍平衡的應力2.微觀應力：在晶粒范圍內(nèi)相互平衡的應力3.超微觀應力：在晶格范圍內(nèi)相互平衡的應力1.單向應力：應力沿構(gòu)件的一個方向作用2.雙向應力：應力沿構(gòu)件的兩個方向作用3.三向應力：應力沿構(gòu)件的三個方向作用1.縱向應力：應力作用方向與焊縫平行2.橫向應力：應力作用方向與焊縫垂直4.根據(jù)應力產(chǎn)生和作用的時間1.瞬時應力：焊接過程出現(xiàn)的應力2.殘余應力：焊接后留下的應力5.根據(jù)應力形成的原因1.溫度應力：由于焊接不均勻引起的應力2.拘束應力：由于焊接熱變形受到拘束引起的應力3.組織應力：由于金屬接頭組織轉(zhuǎn)變時體積變化受阻焊接變形的分類

4、按照變形的外觀形態(tài)來分，可分為：收縮變形、角變形、彎曲變形、失穩(wěn)變形(波浪變形)和扭曲變形。1.收縮變形收縮變形：焊件尺寸比焊前縮短的現(xiàn)象2.角變形角變形：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，abc幾種接頭的角變形a堆焊 b對接接頭 c T形接頭3.彎曲變形彎曲變形：是由于焊縫的中心線與結(jié)構(gòu)截面的中性軸不重合或不對稱，焊縫的4. 波浪變形波浪變形：常發(fā)生于板厚小于6mm的薄板焊接結(jié)構(gòu)中，又稱之為失穩(wěn)變形。此外，角變形也可能產(chǎn)生類似的波浪變形。5.扭曲變形扭曲變形：主要是因為焊縫的角變形沿焊縫長度方向分布不均勻所引起的出現(xiàn)這些變形問題，我們又該采取什么措施解決呢？出現(xiàn)這些變形

5、問題，我們又該采取什么措施解決呢？控制焊接變形的設(shè)計措施1.設(shè)計措施（1）選擇合理的焊縫形狀和尺寸a角變形大 b角變形小T形接頭的坡口不開破口開破口相同承載能力的十字接頭（2）選擇合理的焊縫形狀和尺寸在設(shè)計時，安排焊縫盡可能對稱于截中性軸，或者使焊縫接近中性軸，這對減少梁，柱等一類結(jié)構(gòu)的繞曲變形有良好的效果（a）焊縫集中在中性軸以上 （b）焊縫對稱于中性軸 （c）焊縫在截面的中性軸上圖中（b）、（c）的繞曲變形小于（a）（3）合理安排焊縫位置合理安排焊縫位置防止焊接變形（a）不合理 （ b）合理（a）（b）控制焊接變形的工藝措施（1）留余量法：焊接前對焊件加放0.1%0.2%的收縮量，已補充焊

6、后的收縮（2）反變形法：為了抵消焊接殘余變形，焊前先將焊件向與焊接殘余變形相反的方向進行人為的變形。（3）剛性夾持法：采用夾具或者點焊固定等手段來約束焊接變形，有效防止角變形和薄板結(jié)構(gòu)的波浪形變形。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（a）（b）（c）薄板拼接時的剛性固定T形梁的剛性固定與反變形對接拼板時的剛性固定（4）合理地選擇焊接方法和焊接參數(shù)長焊縫的幾種焊接順序非對稱截面結(jié)構(gòu)的焊接圓筒體對接焊縫的焊接順序主梁裝配焊接（a）形梁結(jié)構(gòu)示意圖 （ b） 形梁的裝配焊接方案（a）（b）（5）熱平衡法和散熱法采用熱平衡法防止焊接變形散熱法示意圖（a）水浸法散熱 （b）噴水法散熱 （c）散熱墊法散熱（a）（b）（c）焊接變形的矯正方法在焊接生產(chǎn)中，焊前采用了預防變形的措施，但焊后仍可能產(chǎn)生超過允許值得變形，為了確保焊件的形狀和尺寸要求，需要對已產(chǎn)生變形進行矯正。焊接矯正的實質(zhì)上是使焊件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的變形，以抵消焊接時的變形。1.機械矯正法：用手工錘擊，交織，輥床，壓力機等機械外力，使得焊件產(chǎn)生于焊接變形反向的塑性變形從而達到矯正。2.火焰加熱矯正法：利用氧-乙炔火焰在焊件適當部位加熱，使工件在冷卻收縮時產(chǎn)生