焊接應(yīng)力與變形教案

1、焊接變形與應(yīng)力焊接變形與應(yīng)力Yunnan Vocational College of Mechanical &Electrical Technology中國是全世界鋼材和焊接材料消費(fèi)量最多的國家，由于還處在工業(yè)化中期階段，所以消費(fèi)量還在持續(xù)增長。石油化工建筑結(jié)構(gòu)管道運(yùn)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(yīng)力分析二、焊接應(yīng)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(shí)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(dǎo)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(bào)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(shí)，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(shí)，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(gè)焊接過程中，焊接內(nèi)的熱應(yīng)力不斷調(diào)整變化，但始終處于自平衡狀態(tài)。當(dāng)溫度降到室溫時(shí)，一部分應(yīng)力便殘留在焊接內(nèi)，形成所謂的殘余應(yīng)力。平板對接縱向收縮引起的橫向應(yīng)力的分布對接焊縫各截面中應(yīng)力分布焊接應(yīng)力的分類焊接應(yīng)力的分類1.按應(yīng)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(yīng)力與焊縫的相對位置1.宏觀應(yīng)力：在整個(gè)焊接范圍平衡的應(yīng)力2.微觀應(yīng)力：在晶粒范圍內(nèi)相互平衡的應(yīng)力3.超微觀應(yīng)力：在晶格范圍內(nèi)相互平衡的應(yīng)力1.單向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的一個(gè)方向作用2.雙向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的兩個(gè)方向作用3.三向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的三個(gè)方向作用1.縱向應(yīng)力：應(yīng)力作用方向與焊縫平行2.橫向應(yīng)力：應(yīng)力作用方向與焊縫垂直4.根據(jù)應(yīng)力產(chǎn)生和作用的時(shí)間1.瞬時(shí)應(yīng)力：焊接過程出現(xiàn)的應(yīng)力2.殘余應(yīng)力：焊接后留下的應(yīng)力5.根據(jù)應(yīng)力形成的原因1.溫度應(yīng)力：由于焊接不均勻引起的應(yīng)力2.拘束應(yīng)力：由于焊接熱變形受到拘束引起的應(yīng)力3.組織應(yīng)力：由于金屬接頭組織轉(zhuǎn)變時(shí)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?yàn)楹缚p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(jì)措施1.設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，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(bǔ)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(jìn)行人為的變形。（3）剛性夾持法：采用夾具或者點(diǎn)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(shí)的剛性固定T形梁的剛性固定與反變形對接拼板時(shí)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(yù)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(jìn)行矯正。焊接矯正的實(shí)質(zhì)上是使焊件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的變形，以抵消焊接時(shí)的變形。1.機(jī)械矯正法：用手工錘擊，交織，輥床，壓力機(jī)等機(jī)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(dá)到矯正。2.火焰加熱矯正法：利用氧-乙炔火焰在焊件適當(dāng)部位加熱，使工件在冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生