《焊接殘余變形》課件

焊接殘余變形焊接過程中由于熱量的輸入和材料的相變會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布不均,這種殘余應(yīng)力最終會(huì)表現(xiàn)為焊接件的變形。了解焊接殘余變形的性質(zhì)和規(guī)律,對(duì)于優(yōu)化焊接工藝、提高焊接質(zhì)量至關(guān)重要。導(dǎo)言深入探討焊接殘余變形本課件將全面系統(tǒng)地介紹焊接殘余變形的定義、成因及其對(duì)焊接結(jié)構(gòu)件性能的影響。掌握測量與控制技術(shù)同時(shí)闡述焊接殘余變形的測量方法和有效的控制措施，為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。分析典型案例通過具體案例分析,深化對(duì)焊接殘余變形的理解,為工程設(shè)計(jì)和制造提供參考。焊接殘余變形的定義定義焊接殘余變形是指焊接過程中由于不均勻的溫度分布和熱應(yīng)力引起的永久性變形。特點(diǎn)焊接殘余變形通常呈現(xiàn)出平面變形、橫向彎曲、縱向彎曲等形式。影響焊接殘余變形會(huì)對(duì)工件的幾何尺寸和使用性能造成不利影響。焊接殘余變形的成因溫度分布焊接過程中復(fù)雜的溫度分布是產(chǎn)生殘余變形的主要原因。溫度梯度和非均勻加熱冷卻會(huì)引起熱應(yīng)力和塑性變形。材料性能材料的熱膨脹系數(shù)、屈服強(qiáng)度和延性等特性會(huì)影響殘余變形的大小和分布。合理選擇材料很重要。焊接工藝焊接電流、焊接速度和焊接順序等工藝參數(shù)的選擇也是影響殘余變形的關(guān)鍵因素。焊接缺陷焊接過程中產(chǎn)生的氣孔、裂紋等缺陷會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中,從而引起變形。溫度分布的影響溫度梯度焊接過程中會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的溫度梯度,焊縫區(qū)域溫度最高,向外逐漸降低。溫度梯度的大小和分布是影響焊接殘余變形的關(guān)鍵因素。冷卻速度焊接后材料的快速冷卻會(huì)導(dǎo)致局部急劇收縮,進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的焊接殘余變形。合理控制冷卻速度對(duì)降低變形很關(guān)鍵。熱輸入量焊接熱輸入量的大小直接影響溫度分布和冷卻過程,進(jìn)而影響殘余變形。適當(dāng)控制焊接熱輸入有助于減小變形。材料性能的影響熱膨脹系數(shù)不同材料的熱膨脹系數(shù)差異會(huì)導(dǎo)致焊接過程中局部溫度變化引起的變形不一致。高熱膨脹系數(shù)的材料更容易發(fā)生變形。熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率高的材料能更快地傳導(dǎo)熱量,有利于緩解局部溫度變化,降低變形程度。而熱導(dǎo)率低的材料變形風(fēng)險(xiǎn)更高。屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度較低的材料在焊接過程中更容易產(chǎn)生塑性變形,增加殘余變形。而高屈服強(qiáng)度材料的變形相對(duì)較小。熱處理狀態(tài)不同熱處理狀態(tài)下材料的力學(xué)性能和組織結(jié)構(gòu)差異會(huì)影響焊接變形。通常時(shí)效硬化材料的變形較小。焊接工藝參數(shù)的影響焊接電流和電壓焊接電流和電壓的選擇直接影響熔池尺寸、熱輸入和冷卻速度，從而決定焊縫的幾何尺寸和組織結(jié)構(gòu)。焊接速度焊接速度過快會(huì)導(dǎo)致焊縫成形不良和焊透不足，過慢則會(huì)造成過度熔融和變形。合理控制焊接速度至關(guān)重要。焊材選擇焊材的成分和性能會(huì)影響熔池流動(dòng)性、凝固收縮和殘余應(yīng)力，從而影響焊接變形。選用適當(dāng)?shù)暮覆姆浅１匾?。焊接順序合理安排焊接順序可以有效控制溫度分布和變形。一般采用中間焊進(jìn)后收縮的焊接順序。焊接缺陷的影響氣孔焊接過程中氣體包圍或溶解在熔池中,最終凝固時(shí)形成的小氣孔,會(huì)影響焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐蝕性。裂紋熱應(yīng)力與化學(xué)成分不匹配導(dǎo)致的熱裂紋,會(huì)嚴(yán)重影響焊接件的使用性能。夾渣焊接過程中熔池內(nèi)夾雜的非金屬性夾渣,會(huì)引起應(yīng)力集中,降低焊縫強(qiáng)度。未熔合焊接過程中母材與焊絲融合不完全,會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)缺陷,降低焊縫質(zhì)量。殘余應(yīng)力的影響引發(fā)應(yīng)力集中焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)在焊縫和熱影響區(qū)域形成應(yīng)力集中區(qū)域,增加了斷裂或疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)。造成應(yīng)力分布不均殘余應(yīng)力的分布不均會(huì)造成應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜化,從而影響焊接構(gòu)件的使用壽命。誘發(fā)焊接殘余變形焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是引起焊接殘余變形的主要原因之一,需要采取有效措施進(jìn)行控制。焊接殘余變形的分類平面變形指焊件表面出現(xiàn)的局部平面扭曲變形，主要發(fā)生在薄板結(jié)構(gòu)和薄壁結(jié)構(gòu)中。彎曲變形包括橫向彎曲和縱向彎曲，是最常見的焊接殘余變形類型之一。收縮變形焊縫處由于熱收縮而產(chǎn)生的變形，包括焊縫寬度和焊縫長度的收縮。局部變形由于焊接熱量的局部性而引起的局部變形，如焊縫凹陷、焊接變厚等。平面變形1收縮變形焊件在焊接過程中會(huì)發(fā)生收縮變形,導(dǎo)致成品尺寸偏差。這是最常見的平面變形類型。2扭曲變形不均勻的溫度分布和材料性能差異會(huì)導(dǎo)致焊件產(chǎn)生平面內(nèi)的扭曲變形。3翹曲變形焊接熱量在焊縫兩側(cè)的不對(duì)稱分布會(huì)引起焊件的翹曲變形。4突出變形焊件在局部區(qū)域出現(xiàn)的腫脹或鼓起形變,通常發(fā)生在焊縫附近。橫向彎曲變形發(fā)生原因橫向彎曲變形通常由于不對(duì)稱的焊縫收縮引起,在單邊焊或角焊時(shí)尤為常見。變形特點(diǎn)工件會(huì)呈現(xiàn)出一種橫向彎曲的狀態(tài),這會(huì)影響結(jié)構(gòu)的外觀和使用性能。影響因素材料特性、焊接工藝參數(shù)和焊縫形狀等都會(huì)對(duì)橫向彎曲變形產(chǎn)生影響。縱向彎曲變形梁結(jié)構(gòu)變形焊接過程中,梁結(jié)構(gòu)由于熱脹冷縮會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲變形。這種變形主要體現(xiàn)在梁的中部發(fā)生彎曲,兩端變直。板結(jié)構(gòu)變形對(duì)于大型板結(jié)構(gòu),焊接后也會(huì)出現(xiàn)明顯的縱向彎曲變形。這是由于焊縫區(qū)域的收縮造成的。焊縫收縮變形焊縫區(qū)域的熱量輸入和收縮是導(dǎo)致縱向彎曲變形的主要原因。控制焊縫收縮是關(guān)鍵。焊縫收縮變形收縮量大焊縫收縮變形是指焊接過程中,金屬在冷卻過程中體積收縮,導(dǎo)致焊件出現(xiàn)變形。這種收縮量通常較大,會(huì)對(duì)工件的尺寸精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。主要影響因素焊縫收縮變形受焊接材料、焊接工藝參數(shù)、焊接順序等諸多因素的影響。合理控制這些因素對(duì)于減小收縮變形至關(guān)重要。局部變形焊縫附近的局部變形焊縫區(qū)域由于熱量集中而引起的局部膨脹、收縮會(huì)造成焊縫附近的局部變形?？锥春烷_口附近的局部變形焊接結(jié)構(gòu)件上的孔洞和開口會(huì)造成應(yīng)力集中,從而導(dǎo)致局部變形。焊接順序造成的局部變形不合理的焊接順序會(huì)引起局部熱量分布不均,造成局部變形。焊接殘余變形的測量方法1光學(xué)測量利用數(shù)字相機(jī)、激光掃描等技術(shù)精確測量焊接變形2電磁測量通過電磁感應(yīng)原理測量表面和內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)3機(jī)械測量使用測桿、卡尺等工具直接測量焊縫變形尺寸精確測量焊接殘余變形是控制和優(yōu)化焊接過程的關(guān)鍵?，F(xiàn)代測量技術(shù)包括光學(xué)掃描、電磁感應(yīng)和機(jī)械量測等方法,可以全面分析焊接變形的特征和程度,為制定有效的控制措施提供依據(jù)。光學(xué)測量方法三維光學(xué)掃描利用特殊的光學(xué)設(shè)備對(duì)物體進(jìn)行三維掃描,可以獲得焊接結(jié)構(gòu)件的高精度三維形貌數(shù)據(jù)。條紋投射法投射精細(xì)的條紋圖案到工件表面,通過分析投影變形獲得物體表面的三維形狀。數(shù)字圖像相關(guān)法利用數(shù)字相機(jī)拍攝焊接前后的工件表面圖像,通過圖像分析計(jì)算得到位移和應(yīng)變分布。電磁測量方法1磁粉探傷法將工件浸入磁性顆粒懸浮液中,利用工件表面殘余磁場或外加磁場產(chǎn)生的磁粉聚集可以檢測焊縫及其附近的缺陷。2渦流探傷法利用工件的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率變化來檢測內(nèi)部或表面缺陷,可以實(shí)現(xiàn)快速無損檢測。3超聲波探傷法利用高頻超聲波在工件內(nèi)部傳播的特性,可以精確定位和評(píng)估焊接變形和缺陷。機(jī)械測量方法觸針探測使用觸針接觸待測工件表面,測量變形量的位置和大小。是最常用的機(jī)械測量方法之一。干涉法利用兩束光線干涉的原理,可以精確測量微小的表面變形。需要專業(yè)設(shè)備支持。影像測量使用高分辨率相機(jī)捕捉待測工件在變形前后的圖像,通過圖像分析計(jì)算得到變形量。焊接殘余變形的控制措施1合理選擇焊接工藝選擇恰當(dāng)?shù)暮附臃椒ā⒑附游恢?、焊接順序?采用預(yù)彎或預(yù)變形技術(shù)引入相反方向的預(yù)彎曲或預(yù)變形來抵消殘余變形3利用焊接夾具和輔助裝置采用合理的固定裝置和輔助拉應(yīng)力的措施采取多種控制焊接殘余變形的措施,包括選擇合理的焊接工藝參數(shù)、采用預(yù)彎曲或預(yù)變形技術(shù)、利用焊接夾具和輔助裝置等。這些措施能夠有效地降低焊接件的變形程度,確保結(jié)構(gòu)件的尺寸精度和外形美觀。合理選擇焊接工藝工藝選擇的關(guān)鍵因素在選擇焊接工藝時(shí),需考慮材料特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接要求等因素,做出科學(xué)合理的選擇。匹配焊機(jī)與焊接方法根據(jù)工件材質(zhì)和形狀,選擇適用的焊機(jī)型號(hào)和焊接方法,如電弧焊、氬弧焊等,以達(dá)到最佳焊接質(zhì)量。優(yōu)化焊接工藝參數(shù)通過調(diào)整電流、電壓、焊速等參數(shù),充分利用焊機(jī)性能,控制焊接熱輸入,最大限度減小變形。采用先進(jìn)焊接技術(shù)利用脈沖焊、冷焊等新工藝,可有效預(yù)防和控制焊接殘余變形。采用預(yù)彎或預(yù)變形技術(shù)預(yù)彎制造將焊接件預(yù)先彎曲到與所需形狀相反的方向,以補(bǔ)償焊接收縮所引起的變形。預(yù)變形夾具使用特制的夾具裝置,在焊接過程中對(duì)零件進(jìn)行預(yù)變形控制,以補(bǔ)償焊接變形。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)利用有限元分析等數(shù)值模擬技術(shù),預(yù)測焊接變形并提出相應(yīng)的預(yù)彎或預(yù)變形量。利用焊接夾具和輔助裝置合理設(shè)計(jì)焊接夾具通過合理設(shè)計(jì)焊接夾具,可以有效限制焊件變形,保持焊件尺寸和形狀穩(wěn)定。合理的夾具設(shè)計(jì)還可以簡化焊接工藝,提高生產(chǎn)效率。利用輔助裝置在焊接過程中使用輔助裝置,如焊接支架、對(duì)中裝置、定位裝置等,可以控制焊件的位置和姿態(tài),降低焊接殘余變形。自動(dòng)化焊接設(shè)備采用焊接機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行焊接,可以精準(zhǔn)控制焊接參數(shù),提高焊接質(zhì)量,降低人為操作引起的變形。利用機(jī)械處理方法機(jī)械加工通過機(jī)械切削、磨削等加工方法,可以去除焊接殘余變形,恢復(fù)零件的尺寸精度和幾何形狀。焊縫滾壓滾壓焊縫可以改善表面質(zhì)量,消除焊縫上的殘余應(yīng)力和變形。這種方法適用于薄板焊接。沖壓整形在焊接后利用沖壓工藝對(duì)變形的部位進(jìn)行整形校正,可以有效消除彎曲變形。這種方法適合于壁厚較大的焊件。利用熱處理方法預(yù)熱處理在焊接前對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱處理可以降低溫度梯度,從而減小焊接殘余變形。應(yīng)力釋放焊接后進(jìn)行應(yīng)力釋放熱處理可以消除焊接殘余應(yīng)力,從而減少變形。正火處理正火處理可以改善材料組織結(jié)構(gòu),提高強(qiáng)度和韌性,有利于減小焊接變形。案例分析通過具體案例分析焊接殘余變形的成因和控制措施,深入剖析焊接變形的復(fù)雜機(jī)制。示例一：薄壁結(jié)構(gòu)件焊接變形薄壁結(jié)構(gòu)件在焊接過程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的變形,主要包括平面變形、橫向彎曲變形和縱向彎曲變形等。這種變形主要由于焊縫部位溫度升高導(dǎo)致的熱應(yīng)力所引起,同時(shí)還與材料厚度、焊接工藝、焊縫形狀等因素有關(guān)。合理控制這些因素對(duì)減少薄壁結(jié)構(gòu)件焊接變形至關(guān)重要。厚壁結(jié)構(gòu)件焊接變形對(duì)于厚壁結(jié)構(gòu)件而言,由于熱量輸入較大,溫度梯度及熱應(yīng)力變化也較為劇烈,導(dǎo)致焊接過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的縱向彎曲變形。這種變形通常較為難以控制,需要采取有效的工藝措施進(jìn)行補(bǔ)償和矯正。典型的厚壁結(jié)構(gòu)件包括大型機(jī)械設(shè)備部件、船舶艙體等,焊接質(zhì)量和變形控制對(duì)其制造至關(guān)重要。合理的焊接工藝設(shè)計(jì)、夾具裝置以及熱處理是關(guān)鍵因素。復(fù)雜結(jié)構(gòu)件焊接變形對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件,焊接過程中會(huì)出現(xiàn)各種形式的殘余變形,包括平面變形、彎曲變形以及局部變形等。這些變形會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)件的尺寸精度和外觀質(zhì)量,給后續(xù)的加工和組裝工作帶來很大困難。為了控制復(fù)雜結(jié)構(gòu)件焊接變形,需要深入分析變形的成因,并采取針對(duì)性的預(yù)防和糾正措施,如合理選擇焊接工藝參數(shù)、利用預(yù)彎或預(yù)變形技術(shù)、使用焊接夾具等。同時(shí)還要注重焊接過程中溫度分布的控制,以及材料性能的調(diào)節(jié)。結(jié)論總結(jié)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)通過對(duì)焊接殘余變形的成因、影響因素和分類的深入探討,為工程實(shí)踐提供了理論