焊接应力与变形研究

焊接应力与变形陕汽集团焊接高级技师张明录提纲一、焊接变形的概述二、焊接残余变形的分类三、控制焊接变形的措施四、焊接变形的矫正焊接变形焊接过程瞬态热变形焊后残余变形面内位移面外位移相变组织变形面内变形面外变形焊缝纵向收缩焊缝横向收缩回转变形角变形失稳波形变形扭曲变形弯曲变形焊接变形的概述焊接残余变形的分类1.收缩变形2.弯曲变形3.角变形4.扭曲变形5.波浪变形6.错边变形焊接残余变形由于焊接而产生的焊后残留在焊件中的变形。焊件焊后沿焊缝方向的收缩（纵向收缩）和在垂直焊缝方向的收缩（横向收缩）。收缩变形焊件焊后发生弯曲。弯曲可由焊缝的纵向收缩和横向收缩引起。弯曲变形焊后焊件的平面围绕焊缝产生的回转变形。角变形β角变形沿着焊缝上逐渐增大，使构件扭转，焊后在结构上出现的扭曲。扭曲变形焊后焊件呈现波浪形，这种变形在平面薄板焊接时最易产生，也称翘曲变形。波浪变形a-两板对接焊接b-多道T形焊接两块板材于焊接过程中因刚度或散热程度不等所引起的纵向或厚度方向上位移不一致而造成的变形。错边变形控制焊接变形的措施1.反变形法2.合理的焊接方法3.刚性固定法4.正确的装焊顺序5.散热法6.锤击法控制焊接变形措施焊接前使被焊件发生大小相同、方向相反的变形，以抵消或补偿焊后发生的变形。反变形法选用能量比较集中的焊接方法，可有效的减少焊接变形。如用等离子弧焊、氩弧焊、CO2保护焊、手工电弧焊代替气焊进行薄板焊接，在保证熔透和焊缝无缺陷的前提下，应尽量采用小的焊接热输入。选择合理的焊接方法利用装配夹具或临时性支撑，将焊接件的相互位置固定，用以防止焊后变形的方法。此法对防止弯曲变形的效果不如反变形法，但对角变形和波浪变形较有效。刚性固定法选择合理的装配焊接顺序无法使用胎夹具情况下焊接，一般都需要选择合理的装焊顺序，使焊接变形减少至最小。只要条件允许，把它分成若干结构简单的部件，单独进行焊接，然后再总装成整体。这种“化整为零、集零为整”的装配焊接方案优点是部件的尺寸和刚性得以减小，同时也简化了胎夹具的复杂程度。对称焊要求焊件翻身与变位容易实现，更重要的是可以把影响整体结构变形最大的焊缝分散到各部件中焊接，把不利影响减少或消除，但要注意所划分的部件应易于控制焊接变形。大型复杂结构大型复杂结构两面同时焊接，使正反两面变形获得抵消，有时只能先焊一侧，后焊另一侧，也应两边交替对称焊接。用同样工艺参数焊接时，先焊侧引起的变形总比后焊侧大一些。应把先焊侧改为多层多道焊，并减少每层（道）焊接热输入，再利用两面交替焊接顺序，让每侧引起的变形最后都获得抵消。对称结构上的对称焊缝结构上不对称焊缝焊缝在结构上分布不对称时，如果焊缝位于中性轴两侧时，利用调节焊接热输入和交替施焊的顺序进行焊接变形控制；如果焊缝位于中性轴一侧，则施焊顺序不再起作用，只能采取减少焊接热输入或其它工艺措施解决。机械矫正法只适用于结构简单的中、小型焊件，对高强度钢应慎用。焊接变形的矫正利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相互抵消。焊接变形的矫正有：机械矫正法、火焰矫正法、散热法、锤击法。机械矫正有：油压机、千斤顶、辊压机和专用矫正机。机械矫正法用火焰对金属局部进行加热，使之产生压缩塑性变形，冷却时该处金属发生收缩，利用收缩产生的变形去抵消焊接引起的残余变形。火焰矫正法一般使用的是氧-乙炔火焰，不需专门设备，操作灵活、简单方便，可以在大型结构上进行校正，但效率较低。火焰矫正法火焰加热的三要素加热位置加热温度加热区的形状加热位置是成败的关键因素，加热位置不正确，不仅起不到矫正作用，反而加重已有的变形。因此，所选的加热位置必须使产生的变形方向与焊接残余变形方向相反，起到抵消变形的作用。加热位置颜色温度℃颜色温度℃颜色温度℃深褐红色550~580樱红色770~800暗黄色1050~1150褐红色580~650淡樱红色880~830亮黄色1150~1250暗樱红色650~730亮樱红色830~960白黄色1250~1300深樱红色730~770桔黄色960~1050结构钢火焰矫正加热温度一般为660～800℃之间。现场测温不便，一般用眼睛观察加热部位的颜色来判断加热的大致温度。加热温度点状加热集中在金属表面的一个圆点加热，加热后可获得以一点为中心的均匀径向收缩效果。适应薄板波浪变形的矫平，常以梅花状均匀分布，点直径≥15mm，厚板时应适当加大；点间距50～100mm，为了提高效率，每加热完一个点后，立即用木锤锻打加热点及周围区域，以增加压缩塑性变形（薄板锻打时，背面须设垫板），可浇水冷却。加热区的形状点状加热点状加热条状加热火焰沿直线方向移动，连续加热金属表面，形成一条加热线即条状加热。薄板校平不作横向摆动加热，需扩大面积时，从中间向两侧平行的增加加热线，线距视变形程度而定，变形量大宜密些。条状加热若在移动过程中横向摆动，就形成加热带即带状加热。带状加热的横向收缩一般大于纵向收缩量，应充分利用此特点安排加热位置，厚板校正主要采用带状加热。带状加热多用于校正变形量较大或刚性较大的构件。带状加热加热区呈三角状，可获得三角底部边横向收缩大于顶端横向收缩的效果。用于刚性大和变形量大的焊件时常采用这种加热方式。三角加热将焊接处热量迅速散走，减小焊缝及其附近的受热区，达到减小焊接变形的目的。散热法喷水法散热散热垫法散热水浸法散热1.了解构件的材质，焊接性好的材料都能用火焰矫正，如低碳钢、低合金钢（16Mn等），不仅可以用火焰矫正，而且还可以浇水急冷，提高校正效率。2.火焰矫正过程用水急冷的目的是限制膨胀范围；增加对加热区的挤压作用；不必等待，可立即看到效果，但对于有淬火倾向或刚性较大的工件，不宜使用。浇水冷却要在颜色冷却到失去红色时才可浇水。3.加热温度不宜超过800℃，否则会引起加热区过热，也不是加热面积越大越好，尤其是薄板加热。火焰矫正注意事项谢谢人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。