《焊接残余变形》课件

焊接残余变形焊接过程中由于热量的输入和材料的相变会导致结构内部应力分布不均,这种残余应力最终会表现为焊接件的变形。了解焊接残余变形的性质和规律,对于优化焊接工艺、提高焊接质量至关重要。导言深入探讨焊接残余变形本课件将全面系统地介绍焊接残余变形的定义、成因及其对焊接结构件性能的影响。掌握测量与控制技术同时阐述焊接残余变形的测量方法和有效的控制措施，为工程实践提供指导。分析典型案例通过具体案例分析,深化对焊接残余变形的理解,为工程设计和制造提供参考。焊接残余变形的定义定义焊接残余变形是指焊接过程中由于不均匀的温度分布和热应力引起的永久性变形。特点焊接残余变形通常呈现出平面变形、横向弯曲、纵向弯曲等形式。影响焊接残余变形会对工件的几何尺寸和使用性能造成不利影响。焊接残余变形的成因温度分布焊接过程中复杂的温度分布是产生残余变形的主要原因。温度梯度和非均匀加热冷却会引起热应力和塑性变形。材料性能材料的热膨胀系数、屈服强度和延性等特性会影响残余变形的大小和分布。合理选择材料很重要。焊接工艺焊接电流、焊接速度和焊接顺序等工艺参数的选择也是影响残余变形的关键因素。焊接缺陷焊接过程中产生的气孔、裂纹等缺陷会导致局部应力集中,从而引起变形。温度分布的影响温度梯度焊接过程中会产生复杂的温度梯度,焊缝区域温度最高,向外逐渐降低。温度梯度的大小和分布是影响焊接残余变形的关键因素。冷却速度焊接后材料的快速冷却会导致局部急剧收缩,进而引发严重的焊接残余变形。合理控制冷却速度对降低变形很关键。热输入量焊接热输入量的大小直接影响温度分布和冷却过程,进而影响残余变形。适当控制焊接热输入有助于减小变形。材料性能的影响热膨胀系数不同材料的热膨胀系数差异会导致焊接过程中局部温度变化引起的变形不一致。高热膨胀系数的材料更容易发生变形。热导率热导率高的材料能更快地传导热量,有利于缓解局部温度变化,降低变形程度。而热导率低的材料变形风险更高。屈服强度屈服强度较低的材料在焊接过程中更容易产生塑性变形,增加残余变形。而高屈服强度材料的变形相对较小。热处理状态不同热处理状态下材料的力学性能和组织结构差异会影响焊接变形。通常时效硬化材料的变形较小。焊接工艺参数的影响焊接电流和电压焊接电流和电压的选择直接影响熔池尺寸、热输入和冷却速度，从而决定焊缝的几何尺寸和组织结构。焊接速度焊接速度过快会导致焊缝成形不良和焊透不足，过慢则会造成过度熔融和变形。合理控制焊接速度至关重要。焊材选择焊材的成分和性能会影响熔池流动性、凝固收缩和残余应力，从而影响焊接变形。选用适当的焊材非常必要。焊接顺序合理安排焊接顺序可以有效控制温度分布和变形。一般采用中间焊进后收缩的焊接顺序。焊接缺陷的影响气孔焊接过程中气体包围或溶解在熔池中,最终凝固时形成的小气孔,会影响焊接结构的强度和耐蚀性。裂纹热应力与化学成分不匹配导致的热裂纹,会严重影响焊接件的使用性能。夹渣焊接过程中熔池内夹杂的非金属性夹渣,会引起应力集中,降低焊缝强度。未熔合焊接过程中母材与焊丝融合不完全,会导致焊缝出现缺陷,降低焊缝质量。残余应力的影响引发应力集中焊接过程中产生的残余应力会在焊缝和热影响区域形成应力集中区域,增加了断裂或疲劳失效的风险。造成应力分布不均残余应力的分布不均会造成应力状态的复杂化,从而影响焊接构件的使用寿命。诱发焊接残余变形焊接过程中产生的残余应力是引起焊接残余变形的主要原因之一,需要采取有效措施进行控制。焊接残余变形的分类平面变形指焊件表面出现的局部平面扭曲变形，主要发生在薄板结构和薄壁结构中。弯曲变形包括横向弯曲和纵向弯曲，是最常见的焊接残余变形类型之一。收缩变形焊缝处由于热收缩而产生的变形，包括焊缝宽度和焊缝长度的收缩。局部变形由于焊接热量的局部性而引起的局部变形，如焊缝凹陷、焊接变厚等。平面变形1收缩变形焊件在焊接过程中会发生收缩变形,导致成品尺寸偏差。这是最常见的平面变形类型。2扭曲变形不均匀的温度分布和材料性能差异会导致焊件产生平面内的扭曲变形。3翘曲变形焊接热量在焊缝两侧的不对称分布会引起焊件的翘曲变形。4突出变形焊件在局部区域出现的肿胀或鼓起形变,通常发生在焊缝附近。横向弯曲变形发生原因横向弯曲变形通常由于不对称的焊缝收缩引起,在单边焊或角焊时尤为常见。变形特点工件会呈现出一种横向弯曲的状态,这会影响结构的外观和使用性能。影响因素材料特性、焊接工艺参数和焊缝形状等都会对横向弯曲变形产生影响。纵向弯曲变形梁结构变形焊接过程中,梁结构由于热胀冷缩会产生纵向弯曲变形。这种变形主要体现在梁的中部发生弯曲,两端变直。板结构变形对于大型板结构,焊接后也会出现明显的纵向弯曲变形。这是由于焊缝区域的收缩造成的。焊缝收缩变形焊缝区域的热量输入和收缩是导致纵向弯曲变形的主要原因。控制焊缝收缩是关键。焊缝收缩变形收缩量大焊缝收缩变形是指焊接过程中,金属在冷却过程中体积收缩,导致焊件出现变形。这种收缩量通常较大,会对工件的尺寸精度产生严重影响。主要影响因素焊缝收缩变形受焊接材料、焊接工艺参数、焊接顺序等诸多因素的影响。合理控制这些因素对于减小收缩变形至关重要。局部变形焊缝附近的局部变形焊缝区域由于热量集中而引起的局部膨胀、收缩会造成焊缝附近的局部变形。孔洞和开口附近的局部变形焊接结构件上的孔洞和开口会造成应力集中,从而导致局部变形。焊接顺序造成的局部变形不合理的焊接顺序会引起局部热量分布不均,造成局部变形。焊接残余变形的测量方法1光学测量利用数字相机、激光扫描等技术精确测量焊接变形2电磁测量通过电磁感应原理测量表面和内部应力状态3机械测量使用测桿、卡尺等工具直接测量焊缝变形尺寸精确测量焊接残余变形是控制和优化焊接过程的关键。现代测量技术包括光学扫描、电磁感应和机械量测等方法,可以全面分析焊接变形的特征和程度,为制定有效的控制措施提供依据。光学测量方法三维光学扫描利用特殊的光学设备对物体进行三维扫描,可以获得焊接结构件的高精度三维形貌数据。条纹投射法投射精细的条纹图案到工件表面,通过分析投影变形获得物体表面的三维形状。数字图像相关法利用数字相机拍摄焊接前后的工件表面图像,通过图像分析计算得到位移和应变分布。电磁测量方法1磁粉探伤法将工件浸入磁性颗粒悬浮液中,利用工件表面残余磁场或外加磁场产生的磁粉聚集可以检测焊缝及其附近的缺陷。2涡流探伤法利用工件的电导率和磁导率变化来检测内部或表面缺陷,可以实现快速无损检测。3超声波探伤法利用高频超声波在工件内部传播的特性,可以精确定位和评估焊接变形和缺陷。机械测量方法触针探测使用触针接触待测工件表面,测量变形量的位置和大小。是最常用的机械测量方法之一。干涉法利用两束光线干涉的原理,可以精确测量微小的表面变形。需要专业设备支持。影像测量使用高分辨率相机捕捉待测工件在变形前后的图像,通过图像分析计算得到变形量。焊接残余变形的控制措施1合理选择焊接工艺选择恰当的焊接方法、焊接位置、焊接顺序等2采用预弯或预变形技术引入相反方向的预弯曲或预变形来抵消残余变形3利用焊接夹具和辅助装置采用合理的固定装置和辅助拉应力的措施采取多种控制焊接残余变形的措施,包括选择合理的焊接工艺参数、采用预弯曲或预变形技术、利用焊接夹具和辅助装置等。这些措施能够有效地降低焊接件的变形程度,确保结构件的尺寸精度和外形美观。合理选择焊接工艺工艺选择的关键因素在选择焊接工艺时,需考虑材料特性、结构设计、焊接要求等因素,做出科学合理的选择。匹配焊机与焊接方法根据工件材质和形状,选择适用的焊机型号和焊接方法,如电弧焊、氩弧焊等,以达到最佳焊接质量。优化焊接工艺参数通过调整电流、电压、焊速等参数,充分利用焊机性能,控制焊接热输入,最大限度减小变形。采用先进焊接技术利用脉冲焊、冷焊等新工艺,可有效预防和控制焊接残余变形。采用预弯或预变形技术预弯制造将焊接件预先弯曲到与所需形状相反的方向,以补偿焊接收缩所引起的变形。预变形夹具使用特制的夹具装置,在焊接过程中对零件进行预变形控制,以补偿焊接变形。计算机辅助设计利用有限元分析等数值模拟技术,预测焊接变形并提出相应的预弯或预变形量。利用焊接夹具和辅助装置合理设计焊接夹具通过合理设计焊接夹具,可以有效限制焊件变形,保持焊件尺寸和形状稳定。合理的夹具设计还可以简化焊接工艺,提高生产效率。利用辅助装置在焊接过程中使用辅助装置,如焊接支架、对中装置、定位装置等,可以控制焊件的位置和姿态,降低焊接残余变形。自动化焊接设备采用焊接机器人等自动化设备进行焊接,可以精准控制焊接参数,提高焊接质量,降低人为操作引起的变形。利用机械处理方法机械加工通过机械切削、磨削等加工方法,可以去除焊接残余变形,恢复零件的尺寸精度和几何形状。焊缝滚压滚压焊缝可以改善表面质量,消除焊缝上的残余应力和变形。这种方法适用于薄板焊接。冲压整形在焊接后利用冲压工艺对变形的部位进行整形校正,可以有效消除弯曲变形。这种方法适合于壁厚较大的焊件。利用热处理方法预热处理在焊接前对工件进行预热处理可以降低温度梯度,从而减小焊接残余变形。应力释放焊接后进行应力释放热处理可以消除焊接残余应力,从而减少变形。正火处理正火处理可以改善材料组织结构,提高强度和韧性,有利于减小焊接变形。案例分析通过具体案例分析焊接残余变形的成因和控制措施,深入剖析焊接变形的复杂机制。示例一：薄壁结构件焊接变形薄壁结构件在焊接过程中会产生严重的变形,主要包括平面变形、横向弯曲变形和纵向弯曲变形等。这种变形主要由于焊缝部位温度升高导致的热应力所引起,同时还与材料厚度、焊接工艺、焊缝形状等因素有关。合理控制这些因素对减少薄壁结构件焊接变形至关重要。厚壁结构件焊接变形对于厚壁结构件而言,由于热量输入较大,温度梯度及热应力变化也较为剧烈,导致焊接过程中出现严重的纵向弯曲变形。这种变形通常较为难以控制,需要采取有效的工艺措施进行补偿和矫正。典型的厚壁结构件包括大型机械设备部件、船舶舱体等,焊接质量和变形控制对其制造至关重要。合理的焊接工艺设计、夹具装置以及热处理是关键因素。复杂结构件焊接变形对于复杂结构件,焊接过程中会出现各种形式的残余变形,包括平面变形、弯曲变形以及局部变形等。这些变形会严重影响结构件的尺寸精度和外观质量,给后续的加工和组装工作带来很大困难。为了控制复杂结构件焊接变形,需要深入分析变形的成因,并采取针对性的预防和纠正措施,如合理选择焊接工艺参数、利用预弯或预变形技术、使用焊接夹具等。同时还要注重焊接过程中温度分布的控制,以及材料性能的调节。结论总结关键发现通过对焊接残余变形的成因、影响因素和分类的深入探讨,为工程实践提供了理论