焊接结构设计ppt课件.ppt

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1、焊接应力与变形焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后，存在于焊件中的内应力。焊接变形是由焊接而引起的焊件尺寸的改变。a)自由变形b)非自由变形返回ΔLT是自由变形：ΔLT=L-L0（如图a)ΔLe是外观变形，ΔL是内部变形：ΔL=ΔLT-ΔLe（如图b)εT是自由变形率：εT=ΔLT/L0=α(T-T0)外观变形率εe=ΔLe/L0内部变形率ε=ΔL/L0钢板条中心加热和冷却时的应力与变形a)原始状态b)、c)加热过程d)、e)冷却过程钢板边缘一侧加热和冷却时的应力与变形a

2、)原始状态b)假设各板条的伸长c)加热后的变形d)假设各板条的收缩e)冷却后的变形a)b)c)d)e)对接接头纵向残余应力在焊缝横截面上的分布情况板边堆焊时的纵向残余应力与变形不同长度焊缝纵截面上纵向残余应力σχ的分布a)短焊缝b)长焊缝图1-14焊接梁柱的纵向残余应力分布a)焊接T形梁的残余应力b)焊接工字梁的残余应力c)焊接箱形梁的残余应力a)b)c)图1-15圆筒环缝纵向残余应力分布圆筒环缝纵向残余应力分布结论1）对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形，冷却后，构件必然有残余应力和残余变形。2）焊接加热时

3、，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形3）焊接结束后，焊缝及其附近区域的残余应力通常是拉应力。。4）焊接过程中焊件的变形方向与焊后焊件的变形方向相反。焊接残余应力对焊接结构的影响1.对焊接结构强度的影响：2.对构件加工尺寸精度的影响：为了保证加工精度，应对焊件先进行消除应力处理，再进行机械加工。3.对受压杆件稳定性的影响：减小焊接残余应力的措施设计措施（1）尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸（2）避免焊缝过分集中，焊缝间应保持足够的距离（3）采用刚度较小的接头形式三条角焊缝在空间相交，在交点处会产生三轴应力，塑性降低，可焊到性差，严重的应力集中。图1-17返回容器

4、接管焊缝图1-18b)a)b)焊接管的连接a)插入式b)翻边式工艺措施（1）采用合理的装配焊接顺序和方向（2）预热法（3）冷焊法：尽量采用小的焊接热输入，选用小直径焊条、小电流、快速焊及多层多道焊。（4）降低焊缝的拘束度（5）加热“减应区”法：此法在铸铁补焊中应用最多应保证焊缝纵向和横向收缩均能比较自由，即先焊相互错开的短焊缝，后焊直通长焊缝123456789图1-21带盖板的双工字梁结构焊接顺序图1-23平面交叉焊缝的焊接顺序a)b)c)d)图1-22对接工字梁的焊接顺序图1-24对接焊缝与角焊缝交叉图1-25a)b)降低局部刚度减少内应力a)平板少量翻边b)

5、镶板压凹图1-26受热后冷却收缩区热膨胀或冷却收缩方向加热“减应区”法示意图a)加热过程b)冷却过程被加热的减应区消除焊接残余应力的方法1.热处理法（1）整体热处理（2）局部热处理2.机械拉伸法：在构件上施加一定的拉应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相抵消一部分，达到松弛焊接残余应力的目的。3.温差拉伸法：采用局部加热形成的温差来拉伸压缩塑性变形区。4.锤击焊缝5.振动法返回焊接变形的种类及其影响因素按照变形的外观形态来分，可分为：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。1.收缩变形：焊件尺寸比焊前缩短的现象

6、2.角变形：产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致3.弯曲变形：由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称4.波浪变形：常发生于板厚小于6mm的薄板焊接结构中，又称之为失稳变形。通过降低焊接残余应力和提高焊件失稳临界应力来防止波浪变形。此外，角变形也可能产生类似的波浪变形，5.扭曲变形：主要是因为焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀所引起的。图1-29a)b)c)d)e)图1-29焊接变形的基本变形形式a)收缩变形b)角变形c)弯曲变形d)波浪变形e)扭曲变形图1-34a)b)c)几种接头的角变形a)堆焊b)对接接头c)T形接头图1-37焊

7、缝的纵向收缩引起的弯曲变形图1-38焊缝横向收缩引起的弯曲变形图1-39焊接角变形引起的波浪变形控制焊接变形的措施选择填充量小的焊缝尺寸及坡口形式减少焊缝的数量，对于次要焊缝，可将连续焊改为断续焊。合理安排焊缝位置。使其接近结构中性轴或对称分布，不要过密集b)a)a)角变形大b)角变形小相同承载能力的十字接头1）选择小的焊缝尺寸2）选择合理的坡口形式焊缝在x－x轴一侧，焊后最容易产生弯曲变形焊缝的位置应尽可能对称布置如图a、b所示的焊件，焊缝位置偏离截面中心，并在同一侧。由于焊缝的收缩，会造成较大的弯曲变形。图中c、d、e所示的焊缝位置对称，焊后不会发生明显的变

8、形。焊缝位置对称于x－x