《焊接變形和應力》課件

焊接變形和應力課程大綱焊接變形焊接變形的成因、類型、控制措施焊接應力焊接應力的形成原因、焊接殘余應力的危害、測量方法、控制措施焊接變形的成因熱膨脹和收縮焊接過程中，金屬加熱到高溫，膨脹，冷卻后收縮，產(chǎn)生應力，造成變形。不均勻冷卻焊接區(qū)溫度梯度很大，導致不均勻冷卻，產(chǎn)生熱應力，進而導致變形。焊縫形狀和尺寸焊縫形狀和尺寸不合理，會加劇焊接應力和變形。焊接變形的類型彎曲變形焊接件在受熱后，由于熱膨脹和冷卻收縮不均勻，導致板材或構件產(chǎn)生彎曲變形。收縮變形焊接后，由于金屬材料的冷卻收縮，焊縫和周圍區(qū)域會產(chǎn)生收縮變形，導致工件尺寸減小。扭曲變形焊接過程中，由于熱應力作用，焊件會產(chǎn)生扭曲變形，影響工件的形狀和尺寸精度。彎曲變形焊接過程中，由于受熱不均勻，焊件會發(fā)生彎曲變形。熱膨脹和冷卻收縮的不一致導致焊件彎曲。焊接過程中產(chǎn)生的應力也會導致彎曲變形。收縮變形焊縫收縮焊接過程中，熔化金屬冷卻凝固，體積會發(fā)生收縮，導致焊縫和周圍母材發(fā)生收縮變形。熱影響區(qū)收縮焊縫周圍的熱影響區(qū)金屬也發(fā)生溫度變化，導致體積收縮，這種收縮變形通常比焊縫收縮更顯著。整體收縮焊接過程中，由于金屬材料的體積收縮，整個結構都會發(fā)生收縮變形，導致尺寸精度降低。扭曲變形焊接方向?qū)е屡で附舆^程中，熱量集中在焊縫附近，導致局部材料膨脹，并在冷卻過程中收縮，從而產(chǎn)生扭曲變形。焊接工件形狀導致扭曲工件的形狀和尺寸也會影響焊接過程中的扭曲變形。例如，焊接薄板或長條形工件時，更容易出現(xiàn)扭曲變形。焊接變形的控制措施控制焊縫尺寸合理的焊縫尺寸可以有效地減少焊接變形。合理安排焊接順序科學的焊接順序可以平衡焊接熱量，減少應力集中?？刂坪附訜彷斎虢档秃附訜彷斎肟梢詼p少材料的熱膨脹和收縮。合理選擇焊材選用合適的焊材可以提高焊接質(zhì)量，減少變形?？刂坪缚p尺寸焊縫寬度焊縫寬度過小，容易造成焊接接頭強度不足，而寬度過大，則會增加材料消耗，并可能影響焊縫外觀和后續(xù)加工。焊縫高度焊縫高度過低，會導致焊縫強度不足，而高度過高，則會導致焊縫應力集中，甚至造成焊縫開裂。焊縫長度焊縫長度應根據(jù)焊接工藝要求和工件結構進行設計，過短會影響焊縫強度，過長則會增加焊接時間和成本。合理安排焊接順序減少應力集中通過合理安排焊接順序，可以有效降低焊縫區(qū)域的應力集中程度，減少焊接變形?？刂谱冃畏较蚝附禹樞虻陌才趴梢钥刂坪附幼冃蔚姆较颍苊獬霈F(xiàn)不可預期的變形現(xiàn)象。提高焊接效率科學的焊接順序可以優(yōu)化焊接流程，提高焊接效率，降低生產(chǎn)成本?？刂坪附訜彷斎虢档秃附与娏骱秃附铀俣瓤s短焊接時間，減少熱量輸入采用小直徑焊條或焊絲合理選擇焊材1材質(zhì)匹配焊材應與母材的化學成分和機械性能相匹配。2焊接性能焊材應具有良好的焊接性能，例如熔敷率、抗裂性能和抗氣孔性能等。3經(jīng)濟性選擇性價比高的焊材，既能滿足焊接要求，又能降低焊接成本。采用輔助裝置夾具可固定工件，減少變形支撐架可支撐焊件，防止下垂磁性工具可輔助焊接，提高效率應力的形成原因熱應力焊接過程中，高溫區(qū)域和低溫區(qū)域之間存在溫度梯度，導致材料膨脹和收縮不均，從而產(chǎn)生熱應力。相變應力焊接熱輸入會導致金屬發(fā)生相變，不同相的材料具有不同的力學性能，導致應力集中，產(chǎn)生相變應力。約束應力焊接過程中，焊接接頭的變形受到周圍材料的約束，產(chǎn)生約束應力。約束應力會影響焊接接頭的強度和穩(wěn)定性。焊接殘余應力應力集中焊接過程中，材料內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的溫度變化，導致材料發(fā)生膨脹和收縮，從而產(chǎn)生應力。塑性變形焊接完成后，材料冷卻過程中產(chǎn)生的應力，部分被塑性變形吸收，部分以殘余應力的形式保留在材料中。應力釋放焊接殘余應力是焊接過程中不可避免的，會對結構的強度和穩(wěn)定性造成負面影響。焊接殘余應力的危害1降低構件強度焊接殘余應力會降低構件的抗拉強度，使其更容易發(fā)生斷裂。2影響構件尺寸穩(wěn)定性焊接殘余應力會導致構件發(fā)生變形，影響其尺寸精度。3誘發(fā)疲勞裂紋焊接殘余應力會加速構件在反復荷載下的疲勞損傷，導致裂紋產(chǎn)生。焊接殘余應力的測量方法X射線法通過X射線照射焊縫，根據(jù)射線穿透焊縫的不同程度，可以判斷焊接殘余應力的大小。中子衍射法利用中子束照射焊縫，測量中子束衍射的角度變化，可以精確地測量焊接殘余應力。孔隙法在焊縫上鉆孔，測量孔隙的變化，可以間接地推算出焊接殘余應力的大小。應變測量法使用應變片或其他應變傳感器，測量焊縫的應變變化，可以計算出焊接殘余應力。X射線法X射線照射將工件放置于X射線照射下，X射線穿過工件形成射線影像。影像記錄X射線影像通過X射線膠片或數(shù)字化設備記錄下來，并進行分析。應力分布通過X射線影像的密度變化，可以分析焊縫附近區(qū)域的應力分布情況。中子衍射法利用中子束照射材料，通過分析中子束的衍射圖樣來確定材料內(nèi)部的晶體結構和殘余應力。中子與原子核發(fā)生相互作用，產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，從而獲得材料內(nèi)部的原子排列信息。孔隙法1原理利用鉆孔或切槽后產(chǎn)生的應力集中效應，通過測量孔隙或切槽周圍的應變變化，來間接計算焊接殘余應力。2優(yōu)點操作簡便，成本較低，適用于各種形狀和尺寸的工件。3缺點測量精度相對較低，難以測量深層應力，存在破壞性。應變測量法原理基于電阻應變片原理，將應變片粘貼在被測物體表面，通過測量應變片電阻的變化，計算出物體的應變。優(yōu)點測量精度高，應用范圍廣，可測量各種形狀和尺寸的物體。缺點測量過程較為繁瑣，需要專業(yè)的設備和人員操作，成本較高。焊接殘余應力的控制措施合理設計焊縫形狀通過優(yōu)化焊縫形狀，例如采用斜角焊縫或臺階焊縫，可以有效地降低焊接應力。優(yōu)化焊接參數(shù)調(diào)整焊接電流、焊接速度和焊接電壓等參數(shù)，可以控制焊接熱輸入，從而降低殘余應力。降低焊接熱輸入采用預熱或分層焊接等方法，可以減少焊接過程中的熱量輸入，降低焊接應力。合理設計焊縫形狀減少應力集中焊縫形狀應盡量平滑過渡，避免尖角和突起，降低應力集中程度。均勻分布應力合理的焊縫形狀可以使應力更加均勻分布，降低局部應力過高的風險。提高強度通過優(yōu)化焊縫形狀，可以提高焊接接頭的強度和抗變形能力。優(yōu)化焊接參數(shù)電流和電壓焊接速度熱輸入降低焊接熱輸入1電流和電壓減小電流和電壓，減少熱量輸入。2焊接速度提高焊接速度，縮短焊接時間，降低熱量輸入。3焊條直徑使用較小直徑的焊條，減少熱量輸入。合理安排焊接順序1減少熱影響區(qū)避免相鄰焊縫重疊，減小熱量集中。2平衡熱量分布選擇合適的焊接順序，使熱量均勻分布。3控制變形方向根據(jù)結構特點，選擇最佳焊接順序，有效控制變形。采用應力消除熱處理熱處理爐將焊接后的工件置于熱處理爐中，通過加熱和冷卻的方式，使殘余應力得到消除或降低。應力消除過程加熱至特定溫度保溫一定時間緩慢冷卻至室溫應用機械方法拉伸通過拉伸應力消除裝置，對焊接件施加拉伸力，可以