过程装备制造chapter焊接变形与应力

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1、Chapter2焊接变形与应力Stressandreformofwelding本章重点：1.杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力2.长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力3.焊接残余变形4.预防和矫正残余变形的方法5.焊接残余应力6.焊接残余应力的调节及消除措施本章难点：1.杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力2.长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力3.焊接残余变形4.焊接残余应力3.1焊接应力与变形的基本概念1.按应力的分布范围2.根据结构中的空间位置焊接应力产生的原因及分类1焊接应力产生的原因及分类23.根据应力与焊缝的相对位置4.根据应力产生、作用的时

2、间5.根据应力形成原因焊接变形产生原因及分类11.自由变形：当金属物体温度发生变化，或发生了相变，其尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没有受到外界的阻碍而自由的进行。单位长度的自由变形量：焊接变形产生原因及分类22.外观变形：当金属物在温度变化过程中受到阻碍，不能完全的自由变形，把能表现出来的这部分变形，称为外观变形。3.内部变形：把未表现出来的那部分变形，称为内部变形；焊接残余变形的基本类型纵向横向收缩变形角变形、弯曲变形和波浪变形杆件的均匀加热和冷却过程中的变形和应力简化假定：1.金属材料的性参数是与温度变化无关的参数2.金属的相变温度很高，不考虑组织应

3、力3.材料屈服极限与温度变化关系不同拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力1.杆件在无拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力2.杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能自由变形的变形和应力2.杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能自由变形的变形和应力2.杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能自由变形的变形和应力3.杆件在拘束条件为加热时不能自由膨胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力3.杆件在拘束条件为加热时不能自由膨胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力3.杆件在拘束条件为加热时不能自由膨胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力3.长板条（长宽比>>4~5）在不均匀

4、温度场作用下变形和应力假定：1.单向应力2.线热源，厚度方向上温度是均匀的3.截面保持平面长板条在中心加热引起的纵向收缩变形和应力长板条非对称加热引起的变形和应力长板条冷却后产生的残余应力和变形残余应力的分布是：焊缝及近焊缝区域受到拉应力，常达以后随远离焊缝依次是压应力，拉应力，形成三个正负相间的应力分布区。4.焊接残余变形纵向收缩变形及产生的弯曲变形纵向收缩变形结论纵向收缩量的计算1.单层焊的纵向收缩量：F—构件截面积L—构件长度--焊缝截面积2.多层焊的收缩量：焊接方法CO2焊埋弧焊手工焊材料低碳钢低碳钢奥氏体钢K10.0430.071~0.0760.04

5、8~0.0570.076纵向引起弯曲变形结论横向收缩变形及其产生的挠曲变形对接接头横向变形的实验数据丁字接头及搭接接头横向收缩横向收缩变形结论横向引起弯曲变形横向引起弯曲变形与焊缝到焊件形心的距离成正比角变形1.焊缝横向收缩引起的弯曲角变形2.焊缝金属收缩引起的倾斜角变形对接接头角变形丁字接头和搭接接头的角变形波浪变形原因：薄板在承受压应力，当其中的压应力达到-临界应力，薄板将出现波浪变形失去承载能力，称之为失稳。错边变形原因：主要是焊接过程中对接边的热量不平衡，装配不善会造成错边5.预防和矫正焊接残余变形的方法1.合理设计：1.选用对称截面的结构，焊缝布置对

6、称，在设计时，安排焊缝尽可能使焊缝对称于截面的中性轴1.合理设计2.合理的选择焊缝的尺寸和形式：在保证结构的承载能力的条件下，尽量采用较小的焊缝尺寸3.尽可能减少焊缝的数量：用型钢代替钢板，用断续焊代替连续焊2.工艺措施1.正确的确定装配、焊接顺序不正确的装配次序：工字构件，先丁字，然后在装另一块盖板，焊后仍有较大的挠度丁字工字正确应该是，先点固成工字，然后焊接，注意次序2.工艺措施2.选择适当的施焊次序和方向原则：反变形法定义：构件在焊前预制成与变形方向相反的变形，这种方法可以防止弯曲变形，和角变形。刚性固定法在无反变形的情况下，将构件加以固定来限制焊接变形

7、，（在焊法兰盘上），防止角变形和波浪变形较好合理的选择焊接的方法和焊接规范选择线能量较低的焊接方法，采用多层焊代替单层焊矫正残余变形的方法1.机械矫正法：将变形的构件中的尺寸较短的部分通过机械力作用，使之产生塑性延展变形，而恢复和达到形状的要求，可以利用螺旋、气动、液压的器具来加外力矫正残余变形的方法2.火焰矫正法：利用火焰加热时产生的局部压缩变形使较长部分在冷却后缩短来消除变形（不适用于具有晶间腐蚀倾向的不锈钢和淬硬倾向较大的钢材）6.焊接残余应力焊接残余应力分布1.纵向应力的分布1.纵向应力的分布横向应力的分布横向应力的分布横向应力的分布厚板中的残余应力分

8、布封闭焊缝中的残余应力分布组织应力[相