焊接变形与应力设计的方法与实践

汇报人：XX2024-02-03焊接变形与应力设计的方法与实践目录焊接变形与应力基本概念焊接变形与应力设计原则焊接变形控制方法目录焊接应力消除技术实践案例分析数值模拟在焊接变形与应力设计中应用01焊接变形与应力基本概念焊接过程中，由于局部加热和冷却作用，导致焊件形状和尺寸发生变化的现象。焊接变形定义根据变形特点，可分为收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。焊接变形分类焊接变形定义及分类03拘束应力焊件受到周围物体或自身结构的拘束，不能自由变形而产生的应力。01热应力由于焊接过程中温度分布不均，导致焊件各部分热胀冷缩不一致而产生的应力。02组织应力焊接过程中，焊缝及附近区域金属组织发生变化，引起体积变化而产生的应力。焊接应力产生原因分析影响焊接质量与性能因素焊接变形与应力对结构承载能力的影响焊接变形与应力可能导致结构承载能力下降，甚至引发安全事故。焊接变形与应力对结构尺寸精度的影响焊接变形可能导致结构尺寸精度降低，影响装配和使用性能。焊接变形与应力对结构稳定性的影响焊接应力可能导致结构失稳，产生附加变形和裂纹等缺陷。焊接变形与应力对耐腐蚀性能的影响焊接变形与应力可能降低结构的耐腐蚀性能，缩短使用寿命。02焊接变形与应力设计原则结构设计原则尽量减少焊缝数量和复杂程度，以降低焊接变形和应力。将焊缝布置在受力较小的部位，避免焊缝交叉和密集。尽量使结构对称，以减少焊接过程中的变形和残余应力。在焊接过程中采用刚性固定或夹具，限制结构的自由变形。简化结构合理布置焊缝对称设计刚性固定选择合适的焊接方法优化焊接参数采用合理的焊接顺序预热与后热工艺设计原则根据材料、板厚、结构等因素选择合适的焊接方法。先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝；先焊对接焊缝，后焊角焊缝。通过调整焊接电流、电压、速度等参数，控制焊接热输入，减少变形和应力。对于厚板或高强度钢等材料，采用预热和后热措施，降低焊接残余应力。优先选择焊接性好、裂纹敏感性低的材料。选择焊接性好的材料选择具有合适强度、塑性和韧性的材料，以满足结构的使用要求。考虑材料的力学性能选择热导率高、线膨胀系数小的材料，以降低焊接过程中的温度梯度和变形。考虑材料的热物理性能选择易于加工成型的材料，以降低制造成本和难度。考虑材料的加工性能材料选择原则03焊接变形控制方法

预热、后热及消氢处理预热在焊接前对焊件进行加热，以减小焊件与焊缝之间的温度差，从而降低焊接应力与变形。预热温度根据材料、板厚及工艺要求而定。后热焊接后立即对焊件进行加热或保温，以减缓冷却速度，使焊缝中的氢有效逸出，防止产生冷裂纹。后热温度一般低于预热温度。消氢处理针对高强度钢或易产生氢致裂纹的材料，在焊接完成后进行一定时间的加热处理，以促进焊缝中氢的扩散和逸出，降低氢致裂纹的风险。点固焊在焊件的适当位置进行点焊，将焊件连接成一个整体，以增加其刚性，减小焊接变形。点固焊的焊点应小且牢固，避免对正式焊缝造成不良影响。夹具固定使用夹具将焊件牢固地固定在工作台上或专用夹具中，以限制焊接过程中的变形。临时支撑在焊件的适当位置设置临时支撑，以承受焊接过程中产生的应力和变形。临时支撑应在焊接完成后去除，并不得损伤正式焊缝。刚性固定法预测变形量01根据焊件的材质、结构特点和焊接工艺，预测焊后可能产生的变形量和方向。施加反变形02在焊前对焊件施加与预测变形量相等、方向相反的预变形，使焊后变形量相互抵消，从而达到控制变形的目的。反变形量应根据实际情况进行调整，避免过度矫正。检查与调整03在焊接过程中和焊接完成后，对焊件进行检查和调整，确保反变形效果符合要求。反变形法锤击温度在焊缝及其周围区域进行锤击时，应控制锤击温度。一般来说，低碳钢在300℃以下、低合金钢在400℃以下进行锤击效果较好。锤击时间与次数锤击时间和次数应根据实际情况而定。一般来说，每条焊缝的锤击次数不宜少于3遍，且总锤击时间不宜少于焊缝冷却时间的1/3。锤击工具选择选择合适的锤击工具，如圆头小锤、平头小锤等。工具表面应光滑无毛刺，以免对焊件造成损伤。锤击力度与频率根据焊件材质和厚度选择合适的锤击力度和频率。力度过大会造成表面损伤或内部裂纹；力度过小则无法有效消除应力。频率也不宜过高或过低，以免影响锤击效果。锤击法04焊接应力消除技术将整个焊接结构加热到一定温度，保温后缓慢冷却，以消除焊接应力。整体热处理局部热处理淬火与回火仅对焊缝及其附近区域进行加热和保温，然后缓慢冷却，以降低局部应力集中。通过快速冷却和再加热的过程，调整材料的金相组织，达到消除应力的目的。030201热处理法预应力拉伸在焊接前对材料施加预应力，使焊缝在焊接过程中受到拉伸应力，从而降低焊接后的收缩应力。焊后拉伸焊接完成后，对整个结构进行拉伸加载，使焊缝区域产生塑性变形，从而消除部分焊接应力。局部机械拉伸针对焊缝及其附近区域进行局部拉伸加载，以消除局部应力集中。机械拉伸法030201利用高能超声波对焊缝及其附近区域进行冲击处理，使材料产生微小塑性变形，从而消除焊接应力。通过超声振动使材料内部产生交变应力场，达到消除应力和提高材料性能的目的。超声冲击法超声振动时效超声冲击处理爆炸法消除应力利用炸药爆炸时产生的冲击波对焊缝及其附近区域进行冲击处理，使材料产生塑性变形并消除焊接应力。爆炸-轧制法结合爆炸法和轧制法的特点，先对焊缝区域进行爆炸处理以消除应力，再利用轧制工艺对结构进行整形和强化。爆炸消除法05实践案例分析采用低热量输入、多层多道焊等工艺，减少焊接变形。焊接工艺选择预热与后热刚性固定法变形矫正通过预热降低焊缝区温度梯度，减少应力；后热处理消除残余应力。采用夹具、支撑等刚性固定措施，限制焊接过程中的变形。对已经产生的焊接变形进行火焰矫正或机械矫正。案例一：桥梁钢结构焊接变形控制合理安排焊接顺序，减少应力集中。焊接顺序优化对焊缝周围局部区域进行预热和后热处理，降低应力水平。局部预热与后热在焊缝冷却过程中，采用锤击法使焊缝金属延展，降低应力。锤击法消除应力整体或局部热处理，消除焊接残余应力。热处理消除应力案例二：压力容器焊接应力消除技术应用分段焊接法将船体结构划分为多个小段进行焊接，减少变形和应力。反变形技术预先制造与焊接变形方向相反的变形量，以抵消焊接过程中产生的变形。焊接顺序与方向控制合理安排焊接顺序和方向，减少应力集中和变形。振动时效处理通过振动处理使焊缝金属内部应力得到释放和均化，提高结构稳定性。案例三06数值模拟在焊接变形与应力设计中应用数值模拟技术简介数值模拟技术是一种基于数学模型的计算机模拟方法，可以模拟物理现象和过程。在焊接领域，数值模拟技术可以模拟焊接过程中的温度场、应力场和变形场等，为优化焊接工艺和控制焊接质量提供理论支持。

有限元法在焊接过程模拟中应用有限元法是一种常用的数值模拟方法，适用于复杂结构和非线性问题的求解。在焊接过程模拟中，有限元法可以建立焊接结构的数学模型，模拟焊接过程中的温度分布、热应力和变形等。通过有限元模拟，可以预测焊接变形和残余应力的分布规律，为制定合理的焊接工艺和控制措施提供依据。通过数值模拟结