焊接应力与变形.ppt

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1、上节内容回顾焊缝金属的氢、氮、氧的控制措施焊接接头组成熔池晶体的生长方向偏析分类不易淬火钢热影响区的组织和性能易淬火钢热影响区的组织和性能3焊接应力与变形芦凤桂焊接应力与变形的危害及研究意义危害：焊接应力与变形直接影响焊接结构性能、安全可靠性和制造工艺性的重要因素。会导致在焊接接头中产生冷、热裂纹等缺陷；在一定条件下还会对结构的断裂特性、疲劳强度和形状尺寸精度有不利影响；在构件制造的过程中，焊接变形往往引起正常工艺流程中断。意义：掌握焊接应力与变形的规律，了解其作用与影响，采取措施控制或消除，对

2、于焊接结构的完整性设计和制造工艺方法的选择以及运行中的安全评定都有重要意义。焊接应力和变形的基本概念焊接应力与焊接接头区产生的缩短不协调应变相对应，在构件中会形成自身相平衡的内应力，称为焊接应力，焊接接头区金属在冷却到较低温度时，材料回复到弹性状态，此时，若有金相组织转变（如奥氏体转变为马氏体），则伴随体积变化，出现相变应力。焊接瞬时变形：焊接过程中产生的随时间变化的变形焊接瞬时应力：焊接过程中产生的随时间变化的内应力焊接残余变形：焊后焊件冷却至室温时仍留存在焊件中的变形焊接残余应力：焊后焊件冷

3、却至室温时仍留存在焊件中的应力焊件应力和变形的形成:焊接时应力和变形的形成主要取决于焊接热过程及受拘束的条件焊接应力和变形产生机理焊接应力与变形产生机理焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化；与熔池相邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形；在冷却过程中，已发生塑性变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸，同时金属冷却收缩也产生相应的收缩拉应力与变形。这样在焊接接头区产生了缩短的不协调应变。均匀加热引起的应力与变形自由状态的杆件

4、加热自由膨胀，冷却自由收缩，无应力和应变一段固定的杆件加热时膨胀受阻，产生压应力和压缩变形，冷却时自由应力释放，弹性范围内无变形，达到塑性则产生残余压缩变形两端固定的杆件加热时膨胀受阻，产生压应力和压缩变形，冷却时不能自由收缩，产生残余拉应力不均匀加热引起的应力与变形焊接时中间受热膨胀，但两侧金属阻碍它膨胀，导致焊缝受到压应力，焊缝两侧金属受到拉应力；冷却时，中间焊缝收缩，但两侧金属阻碍它收缩，导致焊缝受到拉应力，两侧金属受到压应力；焊接残余变形分类：①按焊接结构的变形形式分：局部变形（角变形和

5、波浪变形）、整体变形（纵向、横向、弯曲、扭曲）；②按基本变形形式分：纵向变形、横向变形、角变形、波浪变形等；焊接变形产生的原因：焊接热过程是不均匀加热的过程焊接残余变形焊接变形的危害：降低装配质量，造成错变；增加制造成本，降低接头性能；降低结构的承载能力影响因素：焊缝在结构中的位置；焊接结构的刚性（抵抗拉伸、弯曲、扭变的能力）；焊接结构的装配及焊接顺序；材料热物理性能、焊接规范等。焊接残余变形控制措施：选择合理的装焊顺序；合理的结构及接头没计；减少焊缝数量，对称布置焊缝，选择x、双U形坡口等；合

6、理的焊接工艺设计；刚性支承，夹具固定（刚性固定法），反变形，正确选择焊接次序等（对称焊缝对称焊接、不对称焊缝先焊焊缝少的一侧、不同的焊接顺序）。矫正方法：机械法：锤击、压、拉等机械作用力产生塑胜变形；火焰矫正：用火焰加热，利用加热和冷却引起的新变形来抵消已有的变形焊接残余应力焊接残余应力对构件的影响：塑性良好的结构材料，焊接应力将不会对结构的静载强度有任何影响，在承载过程中焊接应力会逐渐降低；低温下工作的构件及常温下工作但韧性差的脆性材料，焊接应力会随工件载荷增加造成工件坏损；在动载清况下，残余

7、拉应力会加速疲劳裂纹的形成及扩展；腐蚀介质状态工作的结构，残余拉应力也会加速应力腐蚀裂纹的扩展；对薄板受压件，残余压应力与工作应力叠加会导致其失稳；焊后工件加工，加工过程中焊接应力的重新平衡可能导致工件尺寸精度误差。应力的分类：热应力、拘束应力、相变应力、氢致集中应力、焊接残余应力焊接残余应力：在焊接过程结束后，整个结构温度降低到环境温度后留存于焊接结构内的应力，也是在结构内任一截面上能自由平衡的内应力。焊接应力的消除和控制整体高温回火。属材料在高温生蠕变现象，使应力松弛局部高温回火。降低应力峰

8、值机械拉伸法。加载，使焊缝塑变形伸展，降低内应力温差拉伸法。低温局部加热焊缝两侧，焊缝区产生拉伸塑性变形，消除应力振动法。构件发生共振来降低内应力或使应力重新分布本章重点焊接应力与变形的控制措施