低碳钢高温相变对焊接角变形的影响

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1、第31卷第8期焊接学报Vo.l31No.82010年8月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONAugust2010低碳钢高温相变对焊接角变形的影响1,21杨广臣,张彦华(1.北京航空航天大学,北京100083;2.承德石油高等专科学校,河北承德067000)摘要:低碳钢板具有良好的综合力学性能和焊接性能,被广泛地应用在各种焊接结构中,但是对接接头角变形一直是焊接过程中的突出问题.文中通过测试低碳钢对接接头动态角变形,对其变化过程和特点进行了分析和总结.结果表明,除温度变化引起的体积线性变化对角变形产生影响外,700e以上温度发生的高

2、温相变对自由状态下单层对接接头焊缝以及多层多道焊的首层焊缝角变形变化将产生影响;而多层焊接除首层以外的其它层焊缝,700e以上温度的相变将对角变形变化不产生影响.关键词:对接接头;低碳钢;多层多道焊;相变;角变形中图分类号:TG404文献标识码:A文章编号:0253-360X(2010)08-0065-03杨广臣0序言属以及焊接热影响区金属由于各种原因可能发生比较复杂的体积变化,这种复杂的体积变化会在工件内部形成各种应力,进而对金属体积变化产生影响,低碳钢具有非常好的综合力学性能以及良好的最终形成焊接应力和变形.同时,焊接时的各种机焊接性能,被广泛地应用在桥梁、船舶、矿山机

3、械等械力也可能使结构发生物理位移而导致焊接变形.国民经济各部门.焊接过程中复杂的热过程导致了文献[1-4]指出,金属在加热及冷却时发生相焊接结构出现焊接应力和焊接变形.由于焊接应力和变形对结构的制造过程、使用性能以及结构安全变会引起比容及性能的变化,其中相变在加热冷却性都存在非常大的影响,所以焊接工作者一直致力时容积变化如图1所示.图1中Ñ为加热时的变于对焊接应力和变形的影响因素进行研究总结.化,Ò为低碳钢冷却时的变化,一般情况下由于奥氏单层焊和多层多道焊对接接头在各种大型结构体转变为铁素体和珠光体的转变都在700e以上发生,因此不影响焊接变形与应力.当冷却速度很快中应用很

4、多,焊接过程中角变形的产生和存在对结或者合金及碳元素增加时,奥氏体转变温度降低,并构承载以及外观等方面存在影响.通过测量低碳钢可能发生马氏体转变,如图1中Ó,在700e以下的对接接头角变形的动态过程,对低碳钢对接接头角这种变化对焊接变形和应力将发生相当大的影响.变形的变化过程及特点进行分析,对影响对接接头角变形的因素进行总结.1角变形影响因素的分析焊接工作者通过多年的实践和研究,对焊接过程中的应力应变关系基本上有了统一的认识,特别是近年来数值模拟技术的发展,使人们能够更加直观地表达焊接过程中热、力、变形的演变过程.焊接应力和变形的出现过程非常复杂,但究其根本原因是焊接时的不

5、均匀热输入使焊接结构经受复杂的热物理、热力学过程.在这个过程中焊缝金图1钢材加热和冷却时的膨胀和收缩曲线收稿日期:2009-02-28Fig11Curvesofexpandandcontractofmetal66焊接学报第31卷试验一第一层焊缝焊接速度为5mm/s;第二2低碳钢角变形动态变化过程测量层焊缝焊接速度为2.8mm/s.试验二第一道焊缝焊接速度为6.7mm/s;第二道焊缝焊接速度为414采用普通的机械方法,利用千分表分别对低碳mm/s;第三道焊缝焊接速度为3.3mm/s.表1列出钢Q235对接接头多层多道焊接角变形的动态变化两组试验使用的材料、焊接方法等.过程进行

6、两组测量,绘制出角变形动态变化曲线.两组试验焊接层数及测试点位置如图2所示,表1试验原始数据焊接过程中,图2中对接的两块板件中右侧试件二Table1Dataofexpermient被刚性固定在工作台上,读取左侧试件一上测试点长度宽度厚度坡口角度钝边试验L/mmB/mmD/mmA/(b)h/mm位置向上或者向下移动的量,换算出焊接过程中角一20015010602变形量的大小(文中将测试点向上移动定义为角变二20015012602形的正方向)试验母材焊材焊丝直径

7、态过程测试结果分析3.1角变形变化过程特点测试结果如图3所示.从上述两组试验结果可以看出低碳钢对接接头角变形的变化过程具有下面特点.(1)首层焊缝时,在焊接开始阶段,角变形都呈现快速增长趋势,如图3a,b中的AB段.但是随着焊接过程的进行,角变形量达到一个峰值后会有一定程度的下降,如图中的BCD段,之后角变形量又开始增加,最终达到稳定值.(2)第二层焊缝,焊接角变形变化过程比较简单,焊接阶段角变形量增长迅速,当电弧熄灭后角变形量增长缓慢,并最终达到稳定的值,即残余变形.(3)多层多道焊的总残余角变形量为每层焊缝图2