焊接应力和变形

第二章焊接应力和变形第一节焊接应力与变形的概念示例１：杆件均匀加热示例２：钢板不均匀加热示例３：平板焊接应力示例４：铸件冷却应力的形成第一阶段（τ0-τ1）：在高于弹塑性转变温度的阶段，两杆均处于塑性状态，两杆冷却速度虽然不同，收缩也不一致，但该瞬时的应力均可通过塑性变形释放。第二阶段（τ1-τ2）：继续冷却，冷却较快的杆Ⅱ已进入弹性状态，而粗杆Ⅰ仍处于塑性状态，由于细杆Ⅱ冷却快，收缩大于粗杆Ⅰ，所以细杆Ⅱ受拉伸，粗杆Ⅰ受压缩，形成临时内应力，该应力随之会由于粗杆Ⅰ的微量塑性变形（压短）而消失。第三阶段（τ2-τ3）：冷却到更低温度，已被压短的粗杆Ⅰ也处于弹性状态，此时，尽管两杆长度相同，但所处的温度不同。粗杆Ⅰ的温度较高，还会进行较大的收缩；细杆Ⅱ的温度较低，收缩已较小了。因此，粗杆Ⅰ的收缩必然受到细杆Ⅱ的强烈阻碍，于是，杆Ⅱ受压缩，杆Ⅰ受拉伸，直至室温，形成了残余应力。由此可见，热应力使铸件厚壁和心部受拉伸、薄壁或表层受压缩。焊件焊后的变形形式主要有：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。第二节焊接残余变形焊接变形与应力的危害工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产生不利影响。产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。焊接应力的防止及消除采取合理的焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力（图a）。而图b因先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度增加，而增大残余应力。焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊接局部加热，从而减少焊接应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也能减少焊接残余应力。焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。焊接变形的防止和消除焊缝对称布置采用反变形方法采用对称焊和分段倒退焊采用多层多道焊，能减少焊接变形采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。消除变形的方法防止角变形防止扭曲变形严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法，通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法，一般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。