《焊接应力和变形》word版

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1、焊接应力和变形.教学目的：了解应力和变形的概念、产生原因；了解焊接变形的种类；掌握预防和减小焊接应力和变形的措施。教学重点：预防和减小焊接应力和变形的措施教学难点：应力和变形的概念、产生原因教学课时：16课时第一节应力和变形的概念一、变形钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。二、应力焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。三、应力形成两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达1600°C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢

2、材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。四、焊接应力的分类1.根据焊接应力在空间的位置单向应力、双向应力、三向应力。2.根据焊接应力发生和互相平衡所在的范围大小第一类应力、第二类应力、第三类应力。3.根据焊接应力在焊缝中的方向不同纵向应力、横向应力、厚度方向应力第二节焊接应力和变形的产生原因焊件进行局部的、不均匀的加热是产生焊接应力和变形的原因。一、金属棒的均匀加热和冷却金属棒在均匀加热时，产生过压缩塑性变形，则冷却后必定产生缩短变形。二、纵向焊接应力和变形焊接时，在电弧热的作用下，使金属局部达到熔化温度，但离电弧较远

3、处的金属温度则较低，这样焊件就出现了不均匀的膨胀。沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。三、横向焊接应力和变形焊件在于海峰轴线垂直的方向上，焊缝及热影响区金属在加热过程中也受到压应力，发生压缩塑性变形，在冷却后则存在着残余应力和变形，称为横向焊接应力和变形。四、影响焊接应力和变形的因素影响焊接应力和变形的因素主要包括以下几点：焊接规范、焊缝尺寸、焊缝在结构中位置的布置、焊缝分段和焊接方向、焊接程序、焊接结构的刚性以及层数。第三节焊接变形的种类一、纵向变形指平行于焊缝方向的变形。多层焊比单层焊的变形量小。二、横向变形指垂直于焊缝方向的变形。角焊缝和对接焊缝焊后都会引

4、起横向变形，同时，与焊接方法有关。三、弯曲变形T型梁焊接后，由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大，引起的工件弯曲。四、角变形由于V型坡口对接焊焊缝布置不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起的变形。五、扭曲变形由于焊接过程中焊接顺序和焊接方向不合理引起的工件扭曲，又称为螺旋形变形，多出现在工字梁的焊接加工过程中。六、波浪变形这种变形易发生在波板焊接过程中。是由于焊缝收缩使薄板局部引起较大的压应力而失去稳定性，焊后使构件成波浪形。第四节预防和减小焊接应力和变形的措施一、从结构设计方面的预防措施1、尽量减少焊缝数量。2、合理地选择焊缝的尺寸和形式。3

5、、合理设计结构形式及合理安排焊缝位置。二、减小焊接应力和变形的方法1.反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向,在焊件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量(反变形量),焊后焊接残余变形抵消了预变形量,使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸。这种预制的反变形可以是弹性的，塑性的或弹塑性的。采用加裕量的办法控制焊接变形时，在工件下料尺寸上所加的焊接裕量通常为0.1%～0.2%,以弥补焊后变形。2．选择合理的焊接顺序（1）尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应力较小。（2）结构中同时存在对接缝和角接缝时，必须先焊对接缝，后焊角接缝。（3）采用分散

6、对称焊工艺，长焊缝尽可能采用分段退焊或跳焊的方法进行焊接，这样加热时间短、温度低且分布均匀，可减小焊接应力和变形。（4）合理选用各种焊接程序3.刚性固定法利用夹具、胎具等强制手段，以外力固定被焊工件来减小焊接变形。该法能有效地减小焊接变形，但会产生较大的焊接应力，所以一般只用于塑性较好的低碳钢结构。4.锤击焊缝法焊后用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行锤击，可以延展焊缝，从而使焊接应力得到一定的释放。5.焊前预热法在补焊前可对铸件上的适当部位进行加热，以减少焊接时对焊接部位伸长的约束，焊后冷却时，加热部位与焊接处一起收缩，从而减小焊接应力。被加热的部位称为

7、减应区，这种方法叫做加热减应区法，如图3-7所示。利用这个原理也可以焊接一些刚度比较大的焊缝。6.冷却法利用容易散热的物体把焊接处的热量迅速散去，时焊缝附近的金属受热面大大减小，达到减小焊接变形的目的。三、消除焊接残余应力的方法1.概述焊接结构件焊后在焊件内会产生大小不同的残余应力。当焊件受到外力影响时，由于残余应力的作用，会使焊件变形，甚至产生裂纹。因此，焊件焊后是否要消除焊接残余应力，应从构件的用途、尺寸（特别是厚度）、所用材料的性能及工作条件综合考虑。2.整体高温回火是指将整体构件加热至锻造温度以上再进行矫正的方法,可用以消除较大的形状偏差。但是

8、焊后整体加热容易引起冶金方面的副作用,限制了该方法的进一步推广及应用。3.局部高温回火采用火焰