焊接应力与变形教案分析

1、,焊接变形与应力,Yunnan Vocational College of Mechanical &Electrical Technology,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

2、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。,为什么会变形？如何避免呢？,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：

3、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

4、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，,a,b,c,几种接头的角变形 a堆焊 b对接接头 c T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）

5、选择合理的焊缝形状和尺寸,（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

6、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）形梁结构示意图 （ b） 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