《焊接變形與應(yīng)力》課件

焊接變形與應(yīng)力焊接變形與應(yīng)力是焊接過程中常見的現(xiàn)象，對(duì)焊接質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能有重要影響。焊接過程中的熱量輸入會(huì)導(dǎo)致材料局部溫度升高，冷卻后材料體積發(fā)生變化，從而產(chǎn)生焊接變形。課程內(nèi)容焊接變形焊接過程中，材料的熱膨脹和收縮導(dǎo)致的形狀改變。焊接變形影響零件尺寸精度和結(jié)構(gòu)完整性。焊接殘余應(yīng)力焊接過程產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，即使在焊接完成后仍然存在。殘余應(yīng)力可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞、裂紋和失效。影響因素分析焊接參數(shù)、材料特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素都會(huì)影響焊接變形和殘余應(yīng)力?？刂坪拖胧┎捎煤侠淼暮附庸に嚒⒉牧线x擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來控制和消除焊接變形和應(yīng)力。1.焊接變形的成因熱膨脹系數(shù)差異焊接過程中的高溫會(huì)使金屬材料發(fā)生熱膨脹。不同金屬材料的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致焊接接頭處產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而引起變形。焊接約束焊接時(shí)，周圍的結(jié)構(gòu)會(huì)限制焊接接頭自由膨脹和收縮。這些約束力會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致焊接變形。焊接接頭形狀和尺寸也會(huì)影響約束力的大小。焊接熱輸入焊接熱輸入是指焊接過程中熱量輸入的大小。熱輸入過高會(huì)導(dǎo)致焊接接頭溫度過高，熱影響區(qū)更大，更容易產(chǎn)生焊接變形。焊接材料的特性金屬材料的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性等特性也會(huì)影響焊接變形。例如，高強(qiáng)度鋼的塑性較低，更容易產(chǎn)生焊接變形。2.焊接變形的類型熱影響區(qū)變形熱影響區(qū)是焊接過程中受熱影響的區(qū)域，由于熱量的不均勻分布，會(huì)發(fā)生形狀變化。角變形焊接接頭處由于熱量的集中，會(huì)造成角部形狀的變化，例如彎曲或扭曲。翹曲變形焊接過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致工件發(fā)生翹曲變形，這是焊接變形中最常見的一種類型?？s短變形焊接過程中，金屬材料的熔化和凝固會(huì)導(dǎo)致焊接接頭的縮短變形，這會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件的尺寸誤差。3.焊接變形的影響因素?zé)彷斎牒附訜彷斎脒^大，材料溫度升高，冷卻速度慢，變形加大。熱輸入過小，焊縫金屬強(qiáng)度低，容易產(chǎn)生裂紋。焊接工藝參數(shù)焊接電流、電壓、焊接速度、焊接方法等參數(shù)都影響變形，需要根據(jù)材料和工件尺寸進(jìn)行合理選擇。材料性質(zhì)不同材料的熱膨脹系數(shù)、彈性模量、屈服強(qiáng)度等特性差異，導(dǎo)致變形程度不同。例如，低碳鋼容易發(fā)生變形。約束條件工件的形狀、尺寸、夾緊方式等對(duì)變形有較大影響。例如，約束條件越多，變形越小。4.焊接變形的控制措施11.合理的焊接工藝選擇合適的焊接方法、焊接順序、焊接參數(shù)等，可以有效地控制焊接變形。22.焊接夾具使用合適的夾具固定工件，可以防止焊接過程中工件的變形。33.預(yù)熱和后熱處理通過預(yù)熱和后熱處理可以降低焊接應(yīng)力和變形，提高焊接質(zhì)量。44.焊接變形補(bǔ)償在焊接過程中，可以通過一些方法來補(bǔ)償焊接變形，例如預(yù)留變形量、采用變形控制技術(shù)等。5.焊接變形的檢測(cè)方法測(cè)量儀器常用的測(cè)量儀器包括游標(biāo)卡尺、千分尺、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，用于測(cè)量焊件的尺寸變化和變形程度。光學(xué)測(cè)量利用光學(xué)原理進(jìn)行測(cè)量，例如投影儀、光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)等，可以獲得焊件的整體變形情況。三維掃描三維掃描技術(shù)可以獲取焊件表面的三維模型，進(jìn)而分析變形情況，并進(jìn)行精度評(píng)估。應(yīng)變片應(yīng)變片可以測(cè)量焊件表面的應(yīng)變，進(jìn)而推算出焊件的變形情況。6.焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生熱量不均勻分布焊接過程產(chǎn)生高溫，金屬快速加熱冷卻，導(dǎo)致局部區(qū)域溫度梯度。熱膨脹和收縮不同區(qū)域的溫度變化導(dǎo)致金屬發(fā)生不均勻膨脹和收縮。晶格畸變金屬內(nèi)部的晶格發(fā)生畸變，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，最終形成殘余應(yīng)力。7.焊接殘余應(yīng)力的類型第一類殘余應(yīng)力第一類殘余應(yīng)力是指焊接件內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力，它會(huì)降低焊接件的強(qiáng)度和韌性，并可能導(dǎo)致焊接件的脆性斷裂。第二類殘余應(yīng)力第二類殘余應(yīng)力是指焊接件內(nèi)部產(chǎn)生的壓應(yīng)力，它可以提高焊接件的強(qiáng)度和韌性，并可以防止焊接件的疲勞斷裂。8.焊接殘余應(yīng)力的影響因素11.材料特性焊接材料的強(qiáng)度、塑性、熱膨脹系數(shù)等都影響殘余應(yīng)力的大小和分布。22.焊接工藝參數(shù)焊接電流、焊接速度、焊接熱輸入等都會(huì)對(duì)殘余應(yīng)力產(chǎn)生顯著影響。33.結(jié)構(gòu)形式焊件的形狀、尺寸、約束條件等都會(huì)影響殘余應(yīng)力的分布和大小。44.環(huán)境溫度環(huán)境溫度的變化會(huì)影響焊接材料的熱膨脹系數(shù)，進(jìn)而影響殘余應(yīng)力的分布。9.焊接殘余應(yīng)力的測(cè)量方法應(yīng)變片法應(yīng)變片法是一種常用的測(cè)量焊接殘余應(yīng)力的方法。它利用應(yīng)變片測(cè)量焊接結(jié)構(gòu)中由于殘余應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變，然后根據(jù)應(yīng)變和材料的彈性模量計(jì)算殘余應(yīng)力。X射線衍射法X射線衍射法是一種無損檢測(cè)方法，它利用X射線照射焊接結(jié)構(gòu)，通過分析衍射圖樣來測(cè)量殘余應(yīng)力。該方法可以精確測(cè)量表面的殘余應(yīng)力。鉆孔法鉆孔法是一種傳統(tǒng)的測(cè)量殘余應(yīng)力的方法。它通過在焊接結(jié)構(gòu)上鉆孔，并測(cè)量鉆孔引起的應(yīng)變變化來計(jì)算殘余應(yīng)力。數(shù)字圖像相關(guān)法數(shù)字圖像相關(guān)法是一種新型的測(cè)量殘余應(yīng)力的方法。它通過在焊接結(jié)構(gòu)上粘貼一些標(biāo)記點(diǎn)，然后用數(shù)字相機(jī)拍攝圖像，通過分析圖像變化來計(jì)算殘余應(yīng)力。10.焊接殘余應(yīng)力的消除措施熱處理熱處理可以有效地消除或降低焊接殘余應(yīng)力。通過加熱和冷卻工件，可以改變材料的晶體結(jié)構(gòu)，從而減小應(yīng)力。機(jī)械加工機(jī)械加工可以將焊接過程中產(chǎn)生的變形和應(yīng)力去除。例如，通過研磨、銑削或車削等方法，可以將表面上的應(yīng)力層去除。應(yīng)力消除通過施加與殘余應(yīng)力方向相反的應(yīng)力，可以抵消殘余應(yīng)力。例如，可以采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在焊接前將工件預(yù)先拉伸或壓縮，從而抵消焊接過程中的應(yīng)力。焊接變形與殘余應(yīng)力的關(guān)系焊接變形和殘余應(yīng)力之間存在密切的聯(lián)系。焊接變形是由于焊接過程中的熱輸入導(dǎo)致金屬材料發(fā)生熱膨脹和收縮而產(chǎn)生的，而殘余應(yīng)力則是焊接變形過程中產(chǎn)生的應(yīng)力無法完全釋放而殘留在金屬材料中的應(yīng)力。1焊接變形焊接過程中產(chǎn)生的熱變形2殘余應(yīng)力焊接變形后殘留的應(yīng)力3影響因素焊接參數(shù)、材料特性等4控制措施預(yù)熱、冷卻、工藝參數(shù)控制等焊接變形和殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和使用壽命有重要影響。因此，在焊接過程中需要采取有效的措施來控制焊接變形和殘余應(yīng)力，保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。12.焊接結(jié)構(gòu)件的熱變形分析焊接過程中的熱量輸入會(huì)引起金屬材料的溫度升高，導(dǎo)致材料發(fā)生熱膨脹和收縮。焊接熱變形分析可以幫助預(yù)測(cè)焊接過程中產(chǎn)生的熱變形量，并采取相應(yīng)的措施來控制變形。熱變形分析主要涉及溫度場(chǎng)分析、應(yīng)力分析和變形分析，可以利用有限元分析軟件進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)焊接過程中的溫度變化、應(yīng)力分布和變形趨勢(shì)。13.焊接變形的理論模型1彈塑性力學(xué)模型基于材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，分析焊接過程中熱應(yīng)力和變形。2有限元法模型將焊接結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，模擬焊接過程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)。3熱彈塑性模型考慮材料的熱物理特性和塑性變形，模擬焊接過程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)。14.焊接變形的數(shù)值模擬建立模型首先，需要建立焊接結(jié)構(gòu)的幾何模型，并定義材料屬性和焊接參數(shù)，例如焊縫尺寸、焊絲材料和焊接電流。網(wǎng)格劃分將模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將模型分解成多個(gè)單元，以便進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。邊界條件設(shè)置焊接結(jié)構(gòu)的邊界條件，例如固定約束和施加載荷，以模擬實(shí)際焊接過程中的邊界條件。求解分析使用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值分析，計(jì)算焊接過程中產(chǎn)生的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)。結(jié)果后處理對(duì)數(shù)值分析的結(jié)果進(jìn)行后處理，例如繪制溫度分布圖、應(yīng)力分布圖和變形圖，并分析焊接變形的影響。15.焊接變形的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法應(yīng)變片法應(yīng)變片法是最常用的焊接變形測(cè)試方法之一。它通過測(cè)量焊接過程中材料的應(yīng)變來確定變形量。應(yīng)變片法具有精度高、測(cè)量范圍廣、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。光學(xué)測(cè)量法光學(xué)測(cè)量法利用光學(xué)原理測(cè)量焊接過程中的變形。常見的測(cè)量方法包括干涉法、光柵法和光學(xué)三角測(cè)量法。光學(xué)測(cè)量法具有非接觸、無損、精度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于測(cè)量大型焊接結(jié)構(gòu)的變形。焊接結(jié)構(gòu)件的形變控制精確設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少焊接應(yīng)力集中，控制焊接變形。工藝控制選擇合理的焊接工藝參數(shù)，控制熱輸入，減少焊接變形。夾具約束利用夾具限制焊接變形，保持焊接結(jié)構(gòu)的幾何形狀。形變補(bǔ)償根據(jù)焊接變形情況進(jìn)行補(bǔ)償，例如預(yù)留變形量或進(jìn)行后期校正。焊接應(yīng)力消除技術(shù)高溫回火高溫回火是通過將焊接結(jié)構(gòu)件加熱到一定溫度，并保溫一段時(shí)間后再緩慢冷卻，以消除焊接應(yīng)力。振動(dòng)消除振動(dòng)消除是利用機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的能量，使焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力發(fā)生重新分布，從而降低應(yīng)力水平。噴丸處理噴丸處理是將金屬丸高速噴射到焊接結(jié)構(gòu)件表面，利用丸粒沖擊產(chǎn)生的塑性變形，使應(yīng)力發(fā)生重新分布。焊接變形與應(yīng)力的案例分析11.橋梁焊接變形橋梁焊接過程中，由于熱量集中，會(huì)導(dǎo)致焊接部位變形，影響橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。22.船體焊接變形船體焊接過程中的變形會(huì)影響船體外形，甚至導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降。33.汽車焊接變形汽車焊接過程中的變形會(huì)影響汽車車身的尺寸精度和外觀質(zhì)量。44.航空器焊接變形航空器焊接過程中的變形會(huì)影響飛機(jī)的飛行性能，甚至導(dǎo)致飛行安全問題。焊接變形與應(yīng)力的預(yù)防措施合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免復(fù)雜形狀和不規(guī)則的幾何形狀，減少應(yīng)力集中區(qū)域。工藝控制控制焊接順序、焊接速度、電流和電壓，使熱輸入均勻分布，減少熱變形和殘余應(yīng)力。材料選擇選擇低熱膨脹系數(shù)和高屈服強(qiáng)度的材料，減少焊接變形和應(yīng)力。預(yù)熱與后熱在焊接前進(jìn)行預(yù)熱，在焊接后進(jìn)行后熱處理，可以有效地控制焊接變形和應(yīng)力。焊接質(zhì)量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8810-2008《焊接接頭檢驗(yàn)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730-2008《焊接質(zhì)量控制規(guī)范》國際標(biāo)準(zhǔn)ISO5817-2004《焊接接頭缺陷評(píng)定》焊接質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)11.材料選擇焊接材料的選擇對(duì)于焊接質(zhì)量至關(guān)重要，需要考慮材料的類型、性能和焊接工藝要求。22.工藝參數(shù)控制焊接電流、電壓、速度等參數(shù)的精確控制，確保焊接熔池穩(wěn)定、焊縫成型良好。33.焊工技術(shù)焊工熟練程度和操作規(guī)范直接影響焊接質(zhì)量，應(yīng)定期進(jìn)行考核和培訓(xùn)。44.焊接檢驗(yàn)焊接過程中的定期檢驗(yàn)和最終檢驗(yàn)是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要制定嚴(yán)格的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。22.焊接質(zhì)量管理體系質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范制定嚴(yán)格的焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保焊接過程符合要求。過程控制與監(jiān)控對(duì)焊接過程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，確保每個(gè)環(huán)節(jié)符合標(biāo)準(zhǔn)。人員培訓(xùn)與認(rèn)證對(duì)焊接人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，確保他們具備必要的技能和資質(zhì)。記錄管理與追溯建立完整的焊接質(zhì)量記錄，方便追溯和分析問題。焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)智能化焊接機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。焊接過程的智能監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，幫助優(yōu)化焊接工藝和預(yù)測(cè)焊接質(zhì)量。綠色化低能耗、低污染的焊接技術(shù)和材料，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。減少焊接煙塵和有害氣體排放，保護(hù)環(huán)境和工人健康。精準(zhǔn)化激光焊接、電子束焊接等先進(jìn)焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量焊接。焊接工藝模擬和數(shù)字化設(shè)計(jì)，提高焊接質(zhì)量的可預(yù)測(cè)性和可控性。多元化特殊材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)，滿足新材料和新工藝的需求。焊接技術(shù)在航空航天、能源、醫(yī)療等高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展。焊接工藝優(yōu)化與創(chuàng)新11.優(yōu)化焊接參數(shù)焊接電流、電壓、速度等參數(shù)優(yōu)化，提高焊接質(zhì)量，降低成本。22.新型焊接材料開發(fā)高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫等新型焊接材料，滿足現(xiàn)代工業(yè)需求。33.智能化焊接應(yīng)用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接過程的自動(dòng)化、智能化，提高效率和精度。44.焊接工藝仿真利用數(shù)值模擬技術(shù)，預(yù)測(cè)焊接過程中的變形、應(yīng)力等，優(yōu)化焊接工藝。25.焊接工藝自動(dòng)化與數(shù)字化焊接工藝自動(dòng)化焊接自動(dòng)化是指利用自動(dòng)化設(shè)備和技術(shù)來完成焊接過程，提高焊接效率和質(zhì)量。自動(dòng)化焊接設(shè)備可實(shí)現(xiàn)焊接過程的精確控制，并減少人工操作帶來的誤差。焊接工藝數(shù)字化數(shù)字化焊接是指將焊接過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)焊接過程的數(shù)字化管理和控制。數(shù)字化焊接可以提高焊接效率，降低成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量，并為焊接過程的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。焊接工藝在不同應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)踐建筑工程焊接是大型鋼結(jié)構(gòu)建筑的主要連接方式，例如橋梁、高層建筑等。汽車制造汽車制造中廣泛使用焊接技術(shù)，例如車身、底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)等。管道工程管道工程中焊接技術(shù)應(yīng)用于各種管道的連接，例如石油、天然氣管道等。航空航天航空航天領(lǐng)域?qū)附蛹夹g(shù)要求極高，用于連接飛機(jī)、火箭等部件。焊接技術(shù)的國內(nèi)外研究進(jìn)展智能焊接技術(shù)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在焊接中的應(yīng)用，例如機(jī)器人焊接、視覺檢測(cè)和過程控制。新型焊接材料開發(fā)更高強(qiáng)度、抗腐蝕性和耐高溫的焊接材料，如高強(qiáng)度鋼、鈦合金和鎳合金。焊接工藝優(yōu)化利用模擬和實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)化焊接參數(shù)，提高焊接效率和質(zhì)量。焊接質(zhì)量檢測(cè)發(fā)展先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，如超聲波檢測(cè)、X射線檢測(cè)和激光掃描檢測(cè)，提高焊接質(zhì)量控制水平。焊接質(zhì)量管理的未來展望智能化管理人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用將推動(dòng)焊接質(zhì)量管理向智能化方向發(fā)展。全球化標(biāo)準(zhǔn)焊接質(zhì)量管理將更加重視國際標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，以適應(yīng)全球化產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。協(xié)同合作