焊接變形和應(yīng)力的分析

淺談焊接變形和應(yīng)力的分析與處理方法摘要：焊縫是由工件金屬和焊芯金屬構(gòu)成的，在焊接過程中是一個局部加熱的過程，總是要產(chǎn)生焊接變形和應(yīng)力，焊接變形和應(yīng)力直接影響結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量和使用性能，應(yīng)力的存在有可能導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，而變形則影響結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸誤差，因此我研究理解焊接變形和應(yīng)力產(chǎn)生的原因、種類、基本規(guī)律和影響因素，以便控制和防止一旦發(fā)生過大焊接變形和應(yīng)力后，能設(shè)法減少或消除。關(guān)鍵詞：焊接變形；焊接應(yīng)力；焊后熱處理；接頭組織；一、焊接變形和應(yīng)力產(chǎn)生的原因焊縫是在自然狀態(tài)下結(jié)晶的，屬鑄造類型組織，它與基本是扎制狀態(tài)的工件是不相同的，進(jìn)縫區(qū)的金屬在焊接熱的作用下也會發(fā)生組織變化，像經(jīng)過了一次熱處理一樣。在焊接過程中，焊件中產(chǎn)生的隨時間而變化的變形和內(nèi)應(yīng)力分別稱為瞬時變形和焊接瞬時應(yīng)力，焊后焊件溫度冷卻至室溫時留存于焊件中的變形和應(yīng)力分別稱為焊接殘余變形和焊接殘余應(yīng)力。而焊接接頭局部區(qū)域的加熱和冷卻是很不均勻的，局部區(qū)域內(nèi)的各部分金屬又處于從液態(tài)到塑性狀態(tài)在到彈性狀態(tài)的不同狀態(tài)，并隨熱源的變化而變化，這就是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。下面我將分析一下焊縫的化學(xué)成分和組織。二、焊縫的化學(xué)成分及焊接接頭的金相組織焊縫的化學(xué)成分可以由焊縫中工件金屬、焊芯金屬所占的比例他們的成分來定，但是對于用藥皮焊條的手工電弧焊，電弧氣體和起保護(hù)作用的焊渣對焊縫成分有很大影響對焊接質(zhì)量影響較大的氣體有氧化性氣體(氧氣、二氧化碳)、氮和氫等，它們會燒損合金元素，阻礙焊接過程，產(chǎn)生氣孔、夾雜，降低焊縫性能，所以我們要采取措施減少這些氣體。對于解決氧化問題的餓措施可以對于氧化問題突出的金屬材料最好采用氬弧焊，焊接一般鋼材時可以采用藥皮手工電弧焊，此時除電弧氣體和溶渣進(jìn)行保護(hù)并注意操作因素外，還要進(jìn)行脫氧或消除氧化物帶來的危害；氮一旦侵入焊縫就很難消除，控制氮的措施主要是選用能嚴(yán)密隔絕空氣的焊接方法，手工電弧焊還可以采取控制焊接規(guī)范、控制焊絲成分等方法；對于減少接頭含氫量的措施是控制焊接區(qū)水分、冶金處理、控制焊接規(guī)范、焊后脫氫處理等。所以我們有必要對焊縫成分進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的基礎(chǔ)是工件的成分，調(diào)整的要求是保持原成分或者要增加、減少某些元素的含量。我們可以用燒損和稀釋的方法來減少某些元素的含量，也可有意識增加某元素為滲合金或合金話。焊接接頭的金相組織：焊接接頭是焊縫、融合區(qū)、和熱影響區(qū)的總稱。根據(jù)焊件的成分、熱處理規(guī)律和原始狀態(tài)，結(jié)合接頭內(nèi)各點的熱過程特征就可以得到接頭的金相組織。焊縫金屬由融池的液態(tài)金屬凝固而成，融池金屬由高溫冷卻到常溫，一般要經(jīng)過兩次組織變化(第一次結(jié)晶和第二次結(jié)晶)。從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)(奧氏體)時的凝固結(jié)晶程為第一次。當(dāng)焊縫金屬溫度低于相變溫度時發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變(由奧盡量使焊縫自由收縮。焊接焊縫較多的結(jié)構(gòu)件時，應(yīng)先焊錯開的短焊縫，再焊直通長焊縫，以防在焊縫交接處產(chǎn)生裂紋。如果焊縫較長，可采用逐步退焊法和跳焊法，使溫度分布較均勻，從而減少了焊接應(yīng)力和變形合理的裝配和焊接順序。具體如下：a.先焊收縮量大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫；b.焊縫較長的焊件可以采用分中對稱焊法、跳焊法，分段逐步退焊法。交替焊法

；

c.焊件焊接時要先將所焊接的焊縫都點固后，再統(tǒng)一焊接。能夠提高焊接焊件的剛度，點焊固定后在進(jìn)行焊接，其將增加焊接結(jié)構(gòu)的剛度的部件先焊，使結(jié)構(gòu)具有抵抗變形的足夠剛度；d.具有對稱焊縫的焊件最好成雙的對稱焊接使各焊道引起的變形相互抵消；e.焊件焊縫不對稱時要先焊接焊縫少的一側(cè)。f.采用對稱與中和軸的焊接和由中間向兩側(cè)焊接都有利于抵抗焊接變形。g.在焊接結(jié)構(gòu)中，

當(dāng)鋼板拼接時，同時存在著橫向的端接焊縫和縱向的邊接焊縫。應(yīng)該先焊接端接焊縫再焊接邊接焊縫。h.在焊接箱體時，同時存在著對接和角接焊縫時，首先盡量焊接對接焊縫，然后焊接角焊縫。i.十字接頭和丁字接頭焊接時，應(yīng)該正確采取焊接順序，避免焊接應(yīng)力集中，以保證焊縫獲得良好的焊接質(zhì)量。對稱與中軸的焊縫，應(yīng)由內(nèi)向外進(jìn)行對稱焊接。j.焊接操作時，

減少焊接時的熱輸入，（如：降低電流、加快焊接速度、）。k.焊接操作時，減少熔敷金屬量（焊接時采用小坡口、減少焊縫寬度、焊接角焊時減少焊縫尺寸）。l.逐步退焊法

，常用于較短裂紋的焊縫。施焊前把焊縫分成適當(dāng)?shù)男《?，?biāo)明次序，進(jìn)行后退焊補(bǔ)。焊縫邊緣區(qū)段的焊補(bǔ)，從裂紋的終端向中心方向進(jìn)行，其它各區(qū)段接首尾相接的方法進(jìn)行5)錘擊焊縫法

在焊縫的冷卻過程中，用圓頭小錘均勻迅速地錘擊焊縫，使金屬產(chǎn)生塑性延伸變形，抵消一部分焊接收縮變形，從而減小焊接應(yīng)力和變形

。6)加熱“減應(yīng)區(qū)”法

a.焊接前，在焊接部位附近區(qū)域(稱減應(yīng)區(qū))進(jìn)行加熱使之伸長，焊后冷卻時，與焊縫一起收縮，可有效減小焊接應(yīng)力和變形。b.焊接后，在焊接部位附近區(qū)域進(jìn)行加熱，同樣可減少焊接應(yīng)力和變形。7)焊前預(yù)熱和焊后緩冷

預(yù)熱的目的是減少焊縫區(qū)與焊件其他部分的溫差，降低焊縫區(qū)的冷卻速度，使焊件能較均勻地冷卻下來，從而減少焊接應(yīng)力與變形。在溫差相較不大的情況下可稱為冷焊。8)合理的焊接工藝方法，采用焊接熱源比較集中的焊接方法進(jìn)行焊接可降低焊接變形。如CO2氣體保護(hù)焊，埋弧焊等3減少焊接應(yīng)力與變形的從設(shè)計方面的措施主要有1)選用合理的焊縫尺寸和形狀，在保證構(gòu)件的承載能力的條件下，應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸；2)減少焊縫的數(shù)量，在滿足質(zhì)量要求的前提下，盡可能的減少焊縫的數(shù)量3)合理安排焊縫的位置，只要結(jié)構(gòu)上允許應(yīng)該盡可能使焊縫對稱于焊件截面的中和軸或者靠近中和軸；4焊后熱處理在了解了焊接的各種變形和各種應(yīng)力及基本的控制方法后，我們?yōu)榱苏w消除焊接結(jié)構(gòu)過程和成型過程中的殘余應(yīng)力、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形狀和尺寸以及改善母材和焊接接頭的性能，往往需要進(jìn)行焊后熱處理。焊后熱處理是將其加熱到400℃總結(jié)：1)焊接后總是存在焊接變形和焊接應(yīng)力，他們的存在影響了焊件的使用性能，甚至導(dǎo)致不能使用。通過分析研究焊接變形和應(yīng)力的產(chǎn)生原因及焊縫的結(jié)構(gòu)組成，對我們進(jìn)一步研究控制措施提供了依據(jù)。2)既然存在焊接變形和和焊接應(yīng)力，我們就應(yīng)該設(shè)法消除或減少，盡量提高焊接后的使用性能，此次研究提供了一些如何改善和控制處理的方法。