焊接结构生产 教学课件 作者 马世辉 主编 焊接应力与变形第四讲 焊接残余变.ppt

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1、第三讲焊接残余变形（二）一、横向收缩变形横向收缩变形产生的过程比较复杂。下面分几种情况加以分析：1、对接接头我们以两个方面来分析（1）材料焊接时的横向热膨胀和收缩引起的横向变形1）分析两块板，中间留有一间隙2）分析两块板无间隙。对接接头横向变形大小与焊接线能量、焊缝坡口形式、焊缝截面积及焊接工艺有关。焊接线能量越大，横向变形越大;坡口角度越大，间隙越大，横向变形越大。焊缝截面积越大，横向收缩变形越大。（2）焊缝的纵向热变形也能影响横向变形。在板一侧焊接引起板的弯曲，板弯曲越大，间隙的扩张就越大，引起的横向收缩量越小。上面分析的两

2、个方面的因素是互相矛盾的，最终的变形是两个因素的综合结果。2、堆焊和角焊缝（1）堆焊：用焊接的方法把填充金属熔敷在金属表面以便得到所要求的性能和尺寸，是一种机械制造业重要的制造手段和维修手段。在实际堆焊过程中，在焊缝长度上的加热并不是同时进行的。因此，在焊缝长度各点的温度不一致。在热源附近的金属热膨胀变形受到板厚深处及前后温度较低的金属的限制和约束而承受压力，使之在宽度方向上产生压缩塑性变形，而在厚度方向上增厚，焊后产生横向收缩塑性变形。横向变形的大小与焊接线能量和板厚有关，随着E的增加，横向收缩增加，随着板厚的增加，横向收缩减

3、小。横向变形沿焊缝长度上的分布并不均匀焊缝的横向收缩沿着焊接方向是由小变大的，到达一定长度后趋于稳定。（2）角焊缝丁字接头与搭接接头角焊缝的横向收缩的大小与角焊缝的尺寸和板的厚度有关。在同样的焊角尺寸下，板越厚，刚度越大，横向收缩越小。立板厚度对变形有一定的影响，立板越厚，在焊接时吸收的能量越多，横板上的能量越少，横向变形也相应减小。二、弯曲变形原因：由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称引起的。1、纵向收缩引起的弯曲变形焊缝在构件中的位置不对称，产生挠曲变形，就好象焊缝处给了一个力，假设有压力，则它是一个偏心力，它使

4、构件缩短，同时使构件弯曲。弯曲力矩，则由于弯曲产生的构件挠度与塑性变形区有关，其中最主要的是与焊接线能量有关。解释一个问题：焊缝对称的构件，如果在生产中采用不适当的装配焊接顺序，仍可能产生较大的挠曲变形。则焊后工件仍有较大的上挠变形。2、横向收缩变形引起的挠曲变形横向焊缝在构件上分布不对称，则它的横向收缩引起结构的挠曲变形。这种情况在生产中常见，例如在梁上焊筋板，筋板的焊缝（短）的横向收缩一起梁下挠。三、波浪变形波浪变形常发生在薄板焊接结构中焊后焊缝附近是拉压力，离开焊缝较近的区域为压应力，当压应力达到某一临界值时，薄板因出现波

5、浪变形而丧失承载能力，这种现象我们称之为失稳。一块矩形平板两个平行边支撑起来，使之不能上下左右移动，但允许支撑方向滑动，然后在平板的另两边施加压力，则失稳的临界压力为降低波浪变形从两个方面着手：1、减小压应力，压应力大小与拉应力有关，而拉应力大小与塑性变形区有关，故减小塑性变形区，就有可能降低压应力数值。断续焊比连续焊小，小尺寸的焊缝比大尺寸的焊缝小，二氧化碳焊比气焊和手工电弧焊小。2、提高临界应力。例如通过增加板厚和减小板宽的措施。四、焊接错边主要是由于对接边的热不平衡造成错边。五、角变形根本原因是横向收缩变形在厚度方向上的不

6、均匀分布。虽然基本原因相同，但不同的焊缝和接头形式具有不同的特点。1、堆焊在平板上进行堆焊时，堆焊的高温区金属的热膨胀由于受到附近温度较低区金属的阻碍而受到挤压，产生压缩塑性变形。但是由于焊接面的温度高于背面，焊接面产生的压缩塑性变形比背面大，冷却后平板产生角变形。角变形的大小取决于压缩塑性变形的大小和分布情况及板的厚度。堆焊引起的角变形与堆焊的横向收缩变形一样，沿长度上也是开始比较小，以后逐渐增加的。2、对接接头对接接头角变形影响因素有1）坡口角度自动焊比手工焊角变形小2）焊缝截面形状采用对称坡口，有利于减小角变形最理想的办法

7、是在垂直位置两面同时焊接，但这种焊接方式受到具体条件的限制。若采用双面交替焊，用最少的翻转次数求得最小的角变形。（3）焊接方式有关。对于同样的板厚和坡口形式，多层焊比单层焊角变形大，层数越多，角变形越大，多道焊比多层焊角变形大。3、角焊缝引起的角变形对丁字形接头的角变形，根据两种角变形的特点综合分析，筋板和主板之间的角变形相当于坡口为90度时对接焊缝的角变形，主板角变形相当于在平板上进行堆焊时引起的角变形。因此通过开坡口，可以减小筋板和主板间的焊缝夹角，β值也降低了。通过减少焊缝金属，可以降低的数值六、扭曲变形这类变形目前研究的

8、还比较少产生这种变形的原因1、焊缝角变形沿长度上的不均匀分布。如图角变形沿着焊缝长度上逐渐增加，使构件扭转。2、工件的纵向错边。如图翼板与腹板之间产生纵向焊接错边，引起箱形断面构件的扭转。谢谢