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第六章焊接应力与变形§6-1焊接应力与变形的形成§6-2焊接残余变形§6-3焊接残余应力§6-1焊接应力与变形的形成一、焊接应力与焊接变形焊接构件由焊接而产生的内应力叫焊接应力,焊后残留在焊件内的焊接应力叫焊接残余应力。物体在受到外力的作用时,会出现形状、尺寸的变化,称为物体的变形。焊件由焊接产生的变形叫焊接变形,焊后焊件残留的变形叫焊接残余变形。焊接应力与变形及其减少和防止措施二、焊接应力与变形产生的原因1.均匀加热引起应力与变形的原因焊接应力和变形产生过程示意图a)钢杆自由伸缩b)钢杆加热时的变形c)钢杆冷却后的变形2.焊接过程引起应力与变形的原因平板对接焊时的焊接应力与变形a)原始状态b)c)加热过程d)e)冷却以后表示拉应力表示压应力§6-2焊接残余变形一、焊接残余变形的分类a)收缩变形b)角变形c)弯曲变形d)波浪变形e)扭曲变形f)错边变形纵向和横向收缩变形Δx—纵向收缩变形Δy—横向收缩变形2.弯曲变形弯曲变形常见于焊接梁、柱、管道等焊件,对这类焊接结构的生产造成较大的危害。弯曲变形的大小以挠度f来度量,f是焊后焊件的中心偏离原焊件中心轴的最大距离。弯曲变形的挠度(1)由纵向收缩变形造成的弯曲变形由纵向收缩变形造成的弯曲变形(2)由横向收缩变形造成的弯曲变形由横向收缩变形造成的弯曲变形3.角变形几种焊接接头的角变形a)对接接头b)T形接头c)堆焊4.波浪变形薄板焊接的波浪变形5.扭曲变形工字梁的扭曲变形a)焊前b)焊后6.错边变形错边变形a)长度方向的错边b)厚度方向的错边二、影响焊接残余变形的因素1.焊缝在结构中的位置焊缝在结构上位置不对称造成的弯曲变形a)单道焊缝的钢管焊接b)T形梁的焊接2.焊接结构的刚度(1)结构抵抗拉伸的刚度主要决定于结构截面积的大小。(2)结构抵抗弯曲的刚度主要看结构截面的形状和尺寸大小。几种梁的截面形状(3)结构抵抗扭曲的刚度除了决定于结构的尺寸大小外,最主要的是结构截面形状。一般来说,短而粗的焊接结构,刚度较大;细而长的构件,抗弯刚度小。结构整体刚度总是比部件刚度大。因此,生产中常采用整体装配后再进行焊接的方法来减少焊接变形。3.焊接结构的装配及焊接顺序工字梁的装配顺序和焊接顺序a)工字梁的结构形式b)边装边焊顺序c)总装后再焊接顺序1—下盖板2—腹板3—上盖板双Y形坡口对接接头的角变形a)合理的焊接顺序b)不合理的焊接顺序4.其他因素(1)结构材料的线膨胀系数(2)焊接方法(3)焊接参数(4)焊接方向(5)焊接坡口形式三、控制焊接残余变形的措施1.采用合理的装配焊接顺序(1)对称焊缝采用对称焊接法圆筒体环形焊缝对称焊接顺序(2)不对称焊缝先焊焊缝少的一侧压型上模及其焊接顺序(3)采用不同的焊接顺序控制焊接变形长焊缝的几种焊接顺序a)分段退焊法b)分中分段退焊法c)跳焊法d)交替焊法e)分中对称焊法2.反变形法锅炉汽包的反变形法焊接a)汽包非反变形法焊接的焊后变形b)汽包反变形法焊接翻转胎具c)管座的跳焊顺序Y形坡口对接的反变形法焊接a)产生角变形b)采取反变形法3.刚度固定法薄板焊接的刚度固定法1—压铁2—焊件3—平台防护罩用临时支撑的刚度固定1—临时支撑2—底平板3—立板4—圆周法兰盘刚度固定防止法兰角变形4.散热法散热法示意图a)喷水散热b)浸入水中散热c)水冷铜块散热1—焊炬2—焊件3—喷水管4—水冷铜块5.热平衡法采用热平衡法防止焊接变形四、残余变形的矫正1.机械矫正法工字梁焊后变形的机械矫正a)拱曲焊件b)用拉紧器拉c)用压头压d)用千斤顶顶2.火焰矫正法火焰矫正法的加热方式a)点状加热b)线状加热c)三角形加热(1)点状加热矫正火焰加热的区域为一个点或多个点,加热点直径一般小于15mm。(2)线状加热矫正水火矫正(3)三角形加热矫正火焰矫正法实例a)点状加热矫正b)线状加热矫正c)三角形加热矫正§6-3焊接残余应力一、焊接残余应力的分类1.按引起应力的基本原因分类(1)热应力(2)相变应力(3)拘束应力2.按应力的作用方向分类(1)纵向应力(2)横向应力3.按应力在空间的方向分类(1)单向应力(2)双向应力(3)三向应力二、控制焊接残余应力的措施1.选择合理的焊接顺序(1)尽可能考虑焊缝能自由收缩大型容器底部拼接的焊接顺序(2)先焊收缩量最大的焊缝带盖板的双工字梁结构焊接顺序1—对接焊缝2—角焊缝(3)平面交叉焊缝的焊接顺序2.选择合理的焊接参数焊接时应尽量采用小的焊接热输入,选用小直径焊条、较小的焊接电流和快速焊等。3.采用预热法预热法是指在焊前对焊件的全部(或局部)进行加热的工艺措施,一般预热的温度在150~350℃之间。4.加热减应区法加热减应区法应用示意图a)框架断口焊接b)轮辐断口焊接c)轮缘断口焊接5.锤击法焊缝区金属由于在冷却收缩时受阻而产生拉伸应力,如在焊接每条焊道之后,用锤子锤击焊缝金属,促使它产生延伸塑性变形,以抵消焊接时产生的压缩塑性变形,这样便能起到减小焊接残余应力的作用。三、消除残余应力的方法1.消除应力退火14MaMoVB消除应力退火工艺曲线2.振动时效振动时效又称为振动消除应力法,简称VSR,是将焊接结构在其固有频率下进行数分钟至数十分钟的振动处理,以消除其残余应力,获得稳定的尺寸精度的一种方法。振动时效具有投资相对较少,生产周期短;设备体积小、质量轻、便于携带,节约能源,降低成本;可避免金属零件在时效过程中产生变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺欠;操作简便,易于实现自动化等特点。
本文标题:焊工工艺学-第六章-焊接应力与变形
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