焊工工艺学-第六章-焊接应力与变形模板

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 焊接应力与变形,6-1,焊接应力与变形的形成,6-2,焊接残余变形,6-3,焊接残余应力,6-1,焊接应力与变形的形成,一、焊接应力与焊接变形,焊接构件由焊接而产生的内应力叫焊接应力，焊后残留在焊件内的焊接应力叫焊接残余应力。,物体在受到外力的作用时，会出现形状、尺寸的变化，称为物体的变形。焊件由焊接产生的变形叫焊接变形，焊后焊件残留的变形叫焊接残余变形。,焊接应力与变形及其减少和防止措施,二、焊接应力与变形产生的原因,1.,均匀加热引起应力与变形的原因,焊接应力和变形产生过程示意图,),钢杆自由伸缩,),钢杆加热时的变形,),钢杆冷却后的变形,2.,焊接过程引起应力与变形的原因,平板对接焊时的焊接应力与变形,),原始状态,),),加热过程,),),冷却以后,表示拉应力表示压应力,6-2,焊接残余变形,一、焊接残余变形的分类,),收缩变形,),角变形,),弯曲变形,),波浪变形,),扭曲变形,),错边变形,纵向和横向收缩变形,x,纵向收缩变形,y,横向收缩变形,2.,弯曲变形,弯曲变形常见于焊接梁、柱、管道等焊件，对这类焊接结构的生产造成较大的危害。弯曲变形的大小以挠度,f,来度量，,f,是焊后焊件的中心偏离原焊件中心轴的最大距离。,弯曲变形的挠度,（,1,）由纵向收缩变形造成的弯曲变形,由纵向收缩变形造成的弯曲变形,（,2,）由横向收缩变形造成的弯曲变形,由横向收缩变形造成的弯曲变形,3.,角变形,几种焊接接头的角变形,),对接接头,),形接头,),堆焊,4.,波浪变形,薄板焊接的波浪变形,5.,扭曲变形,工字梁的扭曲变形,),焊前,),焊后,6.,错边变形,错边变形,),长度方向的错边,),厚度方向的错边,二、影响焊接残余变形的因素,1.,焊缝在结构中的位置,焊缝在结构上位置不对称造成的弯曲变形,),单道焊缝的钢管焊接,)T,形梁的焊接,2.,焊接结构的刚度,（,1,）结构抵抗拉伸的刚度,主要决定于结构截面积的大小。,（,2,）结构抵抗弯曲的刚度,主要看结构截面的形状和尺寸大小。,几种梁的截面形状,（,3,）结构抵抗扭曲的刚度,除了决定于结构的尺寸大小外，最主要的是结构截面形状。,一般来说，短而粗的焊接结构，刚度较大；细而长的构件，抗弯刚度小。结构整体刚度总是比部件刚度大。因此，生产中常采用整体装配后再进行焊接的方法来减少焊接变形。,3.,焊接结构的装配及焊接顺序,工字梁的装配顺序和焊接顺序,),工字梁的结构形式,),边装边焊顺序,),总装后再焊接顺序,1,下盖板,2,腹板,3,上盖板,双,Y,形坡口对接接头的角变形,),合理的焊接顺序,),不合理的焊接顺序,4.,其他因素,（,1,）结构材料的线膨胀系数,（,2,）焊接方法,（,3,）焊接参数,（,4,）焊接方向,（,5,）焊接坡口形式,三、控制焊接残余变形的措施,1.,采用合理的装配焊接顺序,（,1,）对称焊缝采用对称焊接法,圆筒体环形焊缝对称焊接顺序,（,2,）不对称焊缝先焊焊缝少的一侧,压型上模及其焊接顺序,（,3,）采用不同的焊接顺序控制焊接变形,长焊缝的几种焊接顺序,),分段退焊法,),分中分段退焊法,),跳焊法,),交替焊法,),分中对称焊法,2.,反变形法,锅炉汽包的反变形法焊接,),汽包非反变形法焊接的焊后变形,),汽包反变形法焊接翻转胎具,),管座的跳焊顺序,Y,形坡口对接的反变形法焊接,a),产生角变形,b),采取反变形法,3.,刚度固定法,薄板焊接的刚度固定法,压铁,焊件,平台,防护罩用临时支撑的刚度固定,临时支撑,底平板,立板,圆周法兰盘,刚度固定防止法兰角变形,4.,散热法,散热法示意图,),喷水散热,),浸入水中散热,),水冷铜块散热,焊炬,焊件,喷水管,水冷铜块,5.,热平衡法,采用热平衡法防止焊接变形,四、残余变形的矫正,1.,机械矫正法,工字梁焊后变形的机械矫正,),拱曲焊件,),用拉紧器拉,),用压头压,),用千斤顶顶,2.,火焰矫正法,火焰矫正法的加热方式,),点状加热,),线状加热,),三角形加热,（,1,）点状加热矫正,火焰加热的区域为一个点或多个点，加热点直径一般小于,15mm,。,（,2,）线状加热矫正,水火矫正,（,3,）三角形加热矫正,火焰矫正法实例,),点状加热矫正,),线状加热矫正,),三角形加热矫正,6-3,焊接残余应力,一、焊接残余应力的分类,1.,按引起应力的基本原因分类,（,1,）热应力 （,2,）相变应力 （,3,）拘束应力,2.,按应力的作用方向分类,（,1,）纵向应力 （,2,）横向应力,3.,按应力在空间的方向分类,（,1,）单向应力 （,2,）双向应力 （,3,）三向应力,二、控制焊接残余应力的措施,1.,选择合理的焊接顺序,（,1,）尽可能考虑焊缝能自由收缩,大型容器底部拼接的焊接顺序,（,2,）先焊收缩量最大的焊缝,带盖板的双工字梁结构焊接顺序,对接焊缝,角焊缝,（,3,）平面交叉焊缝的焊接顺序,2.,选择合理的焊接参数,焊接时应尽量采用小的焊接热输入，选用小直径焊条、较小的焊接电流和快速焊等。,3.,采用预热法,预热法是指在焊前对焊件的全部（或局部）进行加热的工艺措施，一般预热的温度在,150,350,之间。,4.,加热减应区法,加热减应区法应用示意图,),框架断口焊接,),轮辐断口焊接,),轮缘断口焊接,5.,锤击法,焊缝区金属由于在冷却收缩时受阻而产生拉伸应力，如在焊接每条焊道之后，用锤子锤击焊缝金属，促使它产生延伸塑性变形，以抵消焊接时产生的压缩塑性变形，这样便能起到减小焊接残余应力的作用。,三、消除残余应力的方法,1.,消除应力退火,14MaMoVB,消除应力退火工艺曲线,2.,振动时效,振动时效又称为振动消除应力法，简称,VSR,，是将焊接结构在其固有频率下进行数分钟至数十分钟的振动处理，以消除其残余应力，获得稳定的尺寸精度的一种方法。,振动时效具有投资相对较少，生产周期短；设备体积小、质量轻、便于携带，节约能源，降低成本；可避免金属零件在时效过程中产生变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺欠；操作简便，易于实现自动化等特点。,