焊接变形与应力控制

《焊接变形与应力控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、焊接变形和应力控制基本知识编写工程部赵俊山讲解：余运敏时间2012.7.16焊接变形和应力控制基本知识介绍一、焊接变形、应力产生的原因与危害焊接接头包括焊缝和热影响区两部分金属。焊缝金属是由熔池中的液态金属迅速冷却、凝固结晶而成，其中心点温度可达2500℃以上。靠近焊缝的基本金属在电弧的高温作用下，内部组织发生变化，这一区域称为热影响区。焊缝处的温度很高，而稍稍向外则温度迅速下降，热影响区主要由不完全熔化区、过热区、正火区、不完全正火区、再结晶区和蓝脆区等段组成，热影响区的宽度在8—30mm范围内，其温度从低到高大约在500℃--1500℃之间。在焊接过程中，不均匀的加热，使得

2、焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度还是室内温度。这样，不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀和收缩；因而，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），就造成了焊接结构的各种变形。金属内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形。这是产生焊接应力与变形的根本原因。残留在焊接构件中的焊接应力（又称为焊接残余应力）会降低接头区实际承受载荷的能力。特别是当构件承受动载疲劳载荷时，有可能发生低应力破坏。对于厚壁结构的焊接接头、立体交叉焊缝的焊接区或存在焊接缺陷的区域，由于焊接残余应力，使材料的塑性变形能力下降，会造成构件发生脆性破

3、裂。焊接残余应力在一定条件下会引起裂纹，有时导致产品返修或报废。如果在工作温度下材料的塑性较差，由于焊接拉伸应力的存在，会降低结构的强度，缩短使用寿命。　　通常，焊件的焊接残余变形和残余应力是同时存在的，有时焊接残余变形的危害比残余应力的危害还要大。焊接残余变形使焊件或部件的尺寸改变，降低装配质量，甚至使产品直接报废。矫正变形是一件费时的事，会增加制造成本，降低焊接接头的性能。另外，由于角变形、弯曲变形和扭曲变形使构件承受载荷时产生附加应力，因而会降低构件的实际承载能力，导致发生断事故。二、焊接变形类别与控制措施1、焊接残余变形的类别焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。焊后，

4、焊件残留的变形称为焊接残余变形。焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种，见图1，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。变形形式产生原因收缩变形由焊接后焊缝的纵向（沿焊缝长度方向）和横向（沿焊缝宽度方向）收缩引起角变形由于焊缝横截面形状上下不对称，焊缝横向收缩不均引起弯曲变形T形梁焊接时，焊缝布置不对称，由焊缝纵向收缩引起扭曲变形工字梁焊接时，由于焊接顺序和焊接方向不合理引起结构上出现扭曲波浪变形薄板焊接时，焊接应力使薄板局部失

5、稳而引起1） 焊件的纵向收缩变形焊件焊后沿平行于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为纵向收缩变形。当焊缝位于焊件的中性轴上或数条焊缝分布在相对中性轴的对称位置上，焊后焊件将产生纵向收缩变形，其焊缝位置见表1。焊缝的纵向收缩变形量随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加，随焊件截面积的增加而减少，其近似值见表2。表2 焊缝纵向收缩变形量的近似值 （mm/m）对接焊缝连续角焊缝间断角焊缝0.15～0.30.2～0.40～0.1注：表中所表示的数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区域中的纵向收缩变形量，适用于中等厚度的低碳钢板。2）焊件的横向收缩变形焊件焊后在垂直于焊缝方向上发生的收缩

6、变形称为横向收缩变形，横向收缩变形量随板厚的增加而增加。低碳钢对接接头、T形接头和搭接接头的横向收缩变形量，见表3、表4。 对接接头横向收缩变形量的近似计算公式，见表5。表5 对接接头横向收缩变形量的近似计算公式坡口形式横向缩短量计算公式Y形双Y形△L横=0.1δ①+0.6△L横=0.1δ+0.4①δ——板厚（mm）。当两板自由对接、焊缝不长、横向没有约束时，横向收缩变形量要比纵向的大得多。3）焊件弯曲变形如果焊件上的焊缝不位于焊件的中性轴上，并且相对于中性轴不对称（上下、左右），则焊后焊件将会产生弯曲变形。如果焊缝集中在中性轴下方（或下方焊缝较多）则焊件焊后将产生上拱弯曲变形

7、；相反如果焊缝集中在中性轴上方（或上方焊缝较多），则焊件焊后将产生下凹弯曲变形。又如果焊件相对焊件中性轴左、右不对称，则焊后将产生旁弯，焊件产生弯曲变形的焊缝位置，见表6。4 ）焊件产生角变形焊接时，由于焊接区沿板材厚度方向不均匀的横向收缩而引起的回转变形称为角变形见图1b。产生角变形的原因是，焊缝的截面总是上宽下窄，因而横向收缩量在焊缝的厚度方向上分布不均匀，上面大、下面小，结果就形成了焊件的平面偏转，两侧向上翘起一个角度。电渣焊缝由于焊缝厚度均匀，所以焊后焊件基本上不产生角变形。有色金属