焊接应力与变形教案分析

焊接变形与应力YunnanVocationalCollegeofMechanical&ElectricalTechnology中国是全世界钢材和焊接材料消费量最多的国家，由于还处在工业化中期阶段，所以消费量还在持续增长。石油化工建筑结构管道运输船舶工业水利工业汽车制造主要内容一、焊接变形产生的原因及其应力分析二、焊接应力分类及其变形的分类三、控制焊接变形的措施四、矫正焊接变形的方法焊接变形是由于焊接时接头局部区域的加热和冷却是很不均匀的，从而造成焊件上温度分布极不均匀，最终导致结构产生的形状变化。焊接变形的危害1、影响焊件的精度及使用性能2、降低装配质量,甚至使产品报废3、降低结构的承载能力4、影响焊件的美观5、提高制造成本。焊接时，临近熔池的高温区金属由于热膨胀受到周围低温金属限制，产生压缩性变形。冷却时，已发生压缩性变形的这部分金属又受到周围条件的制约，不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸。在整个焊接过程中，焊接内的热应力不断调整变化，但始终处于自平衡状态。当温度降到室温时，一部分应力便残留在焊接内，形成所谓的残余应力。平板对接纵向收缩引起的横向应力的分布对接焊缝各截面中应力分布焊接应力的分类1.按应力分布的范围2.根据结构中的空间位置3.根据应力与焊缝的相对位置1.宏观应力：在整个焊接范围平衡的应力2.微观应力：在晶粒范围内相互平衡的应力3.超微观应力：在晶格范围内相互平衡的应力1.单向应力：应力沿构件的一个方向作用2.双向应力：应力沿构件的两个方向作用3.三向应力：应力沿构件的三个方向作用1.纵向应力：应力作用方向与焊缝平行2.横向应力：应力作用方向与焊缝垂直4.根据应力产生和作用的时间1.瞬时应力：焊接过程出现的应力2.残余应力：焊接后留下的应力5.根据应力形成的原因1.温度应力：由于焊接不均匀引起的应力2.拘束应力：由于焊接热变形受到拘束引起的应力3.组织应力：由于金属接头组织转变时体积变化受阻焊接变形的分类按照变形的外观形态来分，可分为：收缩变形、角变形、弯曲变形、失稳变形(波浪变形)和扭曲变形。1.收缩变形：焊件尺寸比焊前缩短的现象2.角变形：产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致，abc几种接头的角变形a堆焊b对接接头cT形接头3.弯曲变形：是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称，焊缝的4.波浪变形：常发生于板厚小于6mm的薄板焊接结构中，又称之为失稳变形。此外，角变形也可能产生类似的波浪变形。5.扭曲变形：主要是因为焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀所引起的出现这些变形问题，我们又该采取什么措施解决呢？控制焊接变形的设计措施1.设计措施（1）选择合理的焊缝形状和尺寸a角变形大b角变形小T形接头的坡口不开破口开破口相同承载能力的十字接头（2）选择合理的焊缝形状和尺寸在设计时，安排焊缝尽可能对称于截中性轴，或者使焊缝接近中性轴，这对减少梁，柱等一类结构的绕曲变形有良好的效果（a）焊缝集中在中性轴以上（b）焊缝对称于中性轴（c）焊缝在截面的中性轴上图中（b）、（c）的绕曲变形小于（a）（3）合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置防止焊接变形（a）不合理（b）合理（a）（b）控制焊接变形的工艺措施（1）留余量法：焊接前对焊件加放0.1%~0.2%的收缩量，已补充焊后的收缩（2）反变形法：为了抵消焊接残余变形，焊前先将焊件向与焊接残余变形相反的方向进行人为的变形。（3）刚性夹持法：采用夹具或者点焊固定等手段来约束焊接变形，有效防止角变形和薄板结构的波浪形变形。无外力作用下的反变形法（a）平板对接焊（b）电渣对接立焊（c）工字梁翼板反变形（a）（b）（c）薄板拼接时的刚性固定T形梁的刚性固定与反变形对接拼板时的刚性固定（4）合理地选择焊接方法和焊接参数长焊缝的几种焊接顺序非对称截面结构的焊接圆筒体对接焊缝的焊接顺序主梁装配焊接（a）Ⅱ形梁结构示意图（b）Ⅱ形梁的装配焊接方案（a）（b）（5）热平衡法和散热法采用热平衡法防止焊接变形散热法示意图（a）水浸法散热（b）喷水法散热（c）散热垫法散热（a）（b）（c）焊接变形的矫正方法在焊接生产中，焊前采用了预防变形的措施，但焊后仍可能产生超过允许值得变形，为了确保焊件的形状和尺寸要求，需要对已产生变形进行矫正。焊接矫正的实质上是使焊件结构产生新的变形，以抵消焊接时的变形。1.机械矫正法：用手工锤击，交织，辊床，压力机等机械外力，使得焊件产生于焊接变形反向的塑性变形从而达到矫正。2.火焰加热矫正法：利用氧-乙炔火焰在焊件适当部位加热，使工件在冷却收缩时产生与焊接变形反方向的变形，以矫正焊接变形。课堂小结一、焊接变形的控制措施：设计措施:3项措施工艺措施:6项措施二、矫正焊接变形的方法：机械矫正法火焰矫正法