1、焊接应力与变形 本节主要内容一 应力和变形的基础知识 二 焊接应力与变形的几个假定 三 焊接应力与变形产生的原因 焊接应力与变形的产生 一 应力与变形的基本知识 1 应力 物体单位截面上表现的内力 分类 2 变形 物体在外力的作用下 其内部原子的相对位置发生变化 其宏观表现为形状和尺寸的变化 分类按物体变形的性质分为 按变形的拘束条件分为 焊接应力与变形的产生 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 焊接应力与变形的产生 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
2、来的这部分变形 称为外观变形 内部变形 把未表现出来的那部分变形 称为内部变形 焊接应力与变形的产生 焊接变形 由焊接而引起焊件的尺寸改变称为焊接变形 焊接变形分类 焊接瞬时变形 焊接残余变形 焊接应力与变形的产生 二 研究焊接应力与变形的基本假定 1 平截面假定 2 金属性能不变的假定是与温度变化无关的参数 3 金属屈服点的假定 焊接应力与变形的产生 三 焊接应力与变形产生的原因根本原因 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束 不能自由膨胀和收缩 1 杆件的不均匀受热 焊接应力与变形的产生 1 长板条中心加热 类似于堆焊 引起的应力与变形 钢板条中心加热和冷却时的应力与变形 2 长板条一侧
3、加热 相当于板边堆焊 引起的应力与变形 焊接应力与变形的产生 钢板边缘一侧加热和冷却时的应力与变形 3 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 焊接应力与变形的产生 4 长板条非对称加热引起的变形和应力 焊接应力与变形的产生 本节主要内容 一 焊接变形的种类二 控制焊接变形的措施三 矫正焊接变形的措施 焊接残余变形 一 焊接变形的种类焊接变形分为5种基本变形形式 收缩变形 角变形 弯曲变形 波浪变形和扭曲变形 焊接残余变形 1 收缩变形 焊件尺寸比焊前缩短的现象称为收缩变形 分为纵向缩短和横向缩短 焊件在焊后沿焊缝长度方间的收缩称为纵向缩短 焊件在焊后垂直于焊缝方向的收缩叫
4、横向缩短 焊接残余变形 2 角变形 角变形产生的根本原因 由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致 角变形的大小以变形角 进行度量 焊接残余变形 几种接头的角变形 T形接头的角变形 3 弯曲变形 弯曲变形主要是结构上的焊缝布置不对称或焊件断面形状不对称 焊缝收缩引起的变形 弯曲变形的大小用挠度 进行度量 挠度 是指焊后焊件的中心轴偏离焊件原中心轴的最大距离 焊接残余变形 1 纵向收缩引起的弯曲变形 焊缝的纵向收缩引起的弯曲变形 2 横向收缩引起的变曲变形 焊缝的横向收缩引起的弯曲变形 4 波浪变形 波浪变形常发生于板厚小于6mm的薄板焊接过程中 又称之为失稳变形 焊接残余变形 焊缝角变形引起的波
5、浪变形 5 扭曲变形 产生扭曲变形的原因主要是焊缝角变形沿焊缝长度方向分布不均匀 一般发生在有数条平行的长焊缝的焊件上 如焊接工形梁 扭曲变形的产生往往与焊接方向或顺序不当有关 焊接残余变形 工字梁的扭曲变形 焊接残余变形 二 控制焊接变形的措施 1 设计措施 1 合理地选择焊缝的尺寸和形状 如图 在保证结构承载力的情况下 尽可能采用较小的焊缝尺寸 减少热输入对材料性能的影响 并降低成本 相同承载力的十字接头 箱形梁的不同接头形式 焊接残余变形 2 合理选择焊缝长度和数量只要允许 多采用型材 冲压件 焊缝多且密集处 可以采用铸 焊联合结构 就可以减少焊缝数量 此外 适当增加壁板厚度 以减少肋板
6、数量 或者采用压型结构代替肋板结构 都对防止薄板结构的变形有利 某人行天桥加强筋状况 焊接残余变形 3 合理地安排焊缝的位置安排焊缝尽可能对称与截面中性轴 或使焊缝接近中性轴 这对减少梁柱的挠曲变形有良好的效果 箱形和工字梁的焊缝布置 后者较好 焊接残余变形 2 工艺措施 1 反变形法 如图 几种反变形措施 焊接残余变形 2 留余量法在下料时 将零件的实际长度或宽度尺寸比设计尺寸适当加大 以补偿焊件的收缩 留余量法主要用于防止焊件的收缩变形 焊接残余变形 3 刚性固定法1 将焊件固定在刚性平台上 焊接残余变形 薄板拼接时的刚性固定 2 将焊件组合成刚性更大或对称的结构 焊接残余变形 T形梁的刚
7、性固定和反变形 3 利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束 焊接残余变形 对接拼板时的刚性固定 4 利用临时支撑增加结构的拘束 焊接残余变形 防护罩焊接时的临时支撑 4 选择合理的装配焊接顺序 装配焊接顺序对焊接结构变形的影响很大 1 大型而复杂的焊接结构 只要条件允许 把它分成若干个结构简单的部件 单独进行焊接 然后再总装成整体 2 正在施焊的焊缝应昼靠近结构截面的中性轴 焊接残余变形 主梁装配焊接 3 对于焊缝非对称布置的结构 装配焊接时应先焊焊缝少的一侧 压力机压型上模的焊接顺序 焊接残余变形 4 焊缝对称布置的结构 应由偶数焊工对称地施焊 焊接残余变形 圆筒体对接焊缝焊接顺序 5 长焊缝 1m以上 焊接时 可采用下图所示的方向和顺序进行焊接 以减小其焊后的收缩变形 焊接残余变形 5 合理地选择焊接方法和焊接工艺参数 焊接残余变形 非对称截面结构的焊接
