焊接工藝4

1、第七章第七章焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形金屬結(jié)構(gòu)在焊接過程中，產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和各種焊接變形，往往使焊接產(chǎn)品的質(zhì)量下降，使下一道工序無法順利進(jìn)行。更重要的是焊接應(yīng)力或焊接殘余應(yīng)力往往是造成裂紋的直接原因，即使不造成裂紋，也會降低焊接結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命。焊接變形不僅造成焊件尺寸、形狀的變化，而且在焊后要進(jìn)行大量復(fù)雜的矯正工作，嚴(yán)重的會使焊件報廢、但是，如果從中找出它們的規(guī)律，那么就可以大大減少焊接應(yīng)力與變形的危害。第一節(jié)：第一節(jié)：焊接

2、應(yīng)力和變形的基本概念焊接應(yīng)力和變形的基本概念一、內(nèi)應(yīng)力和變形在物體受到外力作用發(fā)生變形的同時，在其內(nèi)部會出現(xiàn)一種抵抗變形的力，這種力叫做內(nèi)力。物體由于受到外力的作用，在單位截面積上出現(xiàn)的內(nèi)力叫做應(yīng)力。但應(yīng)力并不都是由外力引起的，如物體在加熱膨脹或冷卻收縮過程中受到阻礙，就會在其內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力，這種情況在不均勻加熱或不均勻冷卻過程中就會出現(xiàn)。當(dāng)沒有外力存在時，物體內(nèi)部存在的應(yīng)力叫做內(nèi)應(yīng)力。物體在受到外力的作用時，會出現(xiàn)形狀、尺寸的變化，稱為

3、物體的變形。若在外力去除后，物體能恢復(fù)到原來的形狀和尺寸，這種變形稱彈性變形，反之稱塑性變形。在焊接過程中，往往在沒有外力的作用下，也會造成物體的變形。由于焊接熱過程而引起的應(yīng)力和變形，就是焊接應(yīng)力和焊接變形。應(yīng)力和變形之間也存在著一定的關(guān)系，如果對同一種材料而不同截面的物體加上同樣大小的力時，我們會發(fā)現(xiàn)截面越小的物體變形越大。可見物體的變形與物體的截面積有關(guān)，即變形的大小是由外力所引起的應(yīng)力大小來決定的。所以，通常說物體受外力超大，所

4、引起的應(yīng)力與變形也越大。二、應(yīng)力和變形的形成焊接是一個加熱和冷卻的熱循環(huán)過程，焊接時金屬受熱和冷卻的整個熱循環(huán)溫度范圍通常在1500℃以上。隨著溫度的變化，金屬的物理性能和力學(xué)性能也隨之發(fā)生劇烈的變化。低碳鋼的塑性參數(shù)，隨溫度（＞３00℃）的提高，塑性也明顯提高，而強(qiáng)度參數(shù)卻隨著溫度的提高而下降。屈服強(qiáng)度在加熱初期緩慢下降，隨著加熱溫度的升高，曲線下降轉(zhuǎn)快。當(dāng)溫度達(dá)到600～650C時，屈服強(qiáng)度接近于零。當(dāng)溫度在０～500℃時，σs可看

5、作為一個常數(shù)，而在500～600Ｃ時，σs按直線規(guī)律減小到零。依據(jù)這種假定，低碳鋼在600℃及600℃以上時，就變?yōu)樗苄圆牧稀＿@對焊接應(yīng)力與變形有著重大影響。焊接時的應(yīng)力和變形的形成主要是取決于焊接熱過程，及焊件在焊接過程中受拘束的條件。１均勻加熱時引起應(yīng)力與變形的原因為了便于了解焊接時應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因，首先對均勻加熱時產(chǎn)生的應(yīng)力與變形進(jìn)行討論。(1）自由狀態(tài)的桿件：假設(shè)有一根鋼杯，擱在兩端無約束的支點上（自身重量不計），當(dāng)對鋼杯均

6、勻加熱后。鋼桿便出現(xiàn)了線膨脹和體膨脹，然后均勻冷卻，鋼桿將恢復(fù)到原來的形狀和尺寸。因為在整個熱脹和冷縮的過程中，鋼桿始終處在自由無約束的狀態(tài)下，所以最終將不會出現(xiàn)應(yīng)力和變形。（２）熱伸長受阻而冷卻收縮自由假設(shè)鋼桿兩端被阻于兩壁之間，限制了它在加熱時的伸長，而允許在冷卻時自由地縮短。同時假定：桿件在受到縱向壓力時不產(chǎn)生彎曲；加熱桿件焊接熱過程是一個不均勻加熱的過程，以致在焊接過程中出現(xiàn)應(yīng)力和變形，焊后便導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接殘

7、余變形。一、焊接殘余變形分類及產(chǎn)生原因焊接殘余變形分類，一般可按基本變形形式劃分和焊接結(jié)構(gòu)變形形式劃分。按基本變形形式可分為縱向變形、橫向變形、彎曲變形、角變形、波浪變形和扭曲變形等幾種；按焊接結(jié)構(gòu)變形形式可分為局部變形和整體變形。焊接結(jié)構(gòu)的局部變形是指其某一部分發(fā)生的變形，它主要包括角變形和波浪變形兩種。這種變形對結(jié)構(gòu)影響較小，也易于矯正。焊接結(jié)構(gòu)的整體變形是指整體發(fā)生形狀和尺寸的變化，它包括縱向和橫向變形、彎曲變形、扭曲變形等?，F(xiàn)就

8、焊接殘余變形的幾種基本形式，來分析產(chǎn)生殘余變形的原因。１縱向及橫向變形（１）縱向變形這類變形的原因已在前節(jié)介紹了，焊后產(chǎn)生的縱向變形主要是縱向縮短。焊縫的縱向收縮量一般是隨焊縫長度的增加而增加。另外，母材線膨脹系數(shù)大，其焊后焊縫縱向收縮量也大，如不銹鋼和鋁的焊后收縮量就比碳鋼大；多層焊時，第一層引起的收縮量最大，這是因為焊第一層時焊件的剛性較小。如果焊件在夾具固定的條件下焊接，其收縮量可減?。矗埃ァ罚埃?，但焊后將引起較大的焊接應(yīng)力。（

9、２）橫向變形焊后產(chǎn)生的橫向變形主要是橫向縮短。由于是不均勻加熱，且因鋼板的自重等原因，而使焊縫和母材的受熱部分在膨脹和冷卻收縮時都受到拘束。與縱向焊接變形原因類似，最終導(dǎo)致焊后產(chǎn)生橫向縮短。一般對接焊的橫向收縮，隨著板厚的增加而增加；同樣板厚，坡口角度越大，橫向收縮量也越大。在生產(chǎn)實踐中，同樣焊接一條對接直縫，如果在焊接次序和方向上不同，會出現(xiàn)不同的橫向焊接殘余變形。在同一條焊縫（直）中，最后焊的部分橫向變形最大。在兩塊留有一定間隙而未

10、被固定的鋼板的一端，焊上焊點Ａ，這相當(dāng)于整條焊縫的始焊部分。由于此時鋼板能自由伸縮，因此冷卻后鋼板的間隙變化不大；在焊第二點Ｂ時，由于鋼板的上端尚能移動（鋼板可以Ａ點為支點轉(zhuǎn)動），在受熱膨脹時，上端間隙被召大，由于焊點Ｂ及附近的金屬沒有受到明顯的壓縮變形，所以在冷卻收縮后，間隙也沒有明顯的縮??；當(dāng)?shù)谌cＣ焊上去時，由于焊點Ｃ其附近的金屬受熱膨脹已不能像焊前兩點那樣較自由的伸縮，它受到Ａ、Ｂ兩焊點的阻礙，所以在受熱膨脹時，焊點附近受熱金屬

11、均受到了壓縮。這樣在冷卻后Ｃ點及附近金屬就出現(xiàn)了較大的橫向收縮變形，這就是由于焊接次序的不同，而出現(xiàn)不同橫向殘余變形的原因。２彎曲變形彎曲變形常見于焊接梁、柱、管道等焊件，對這類焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)造成較大的危害。彎曲交形的大小以撓度來衡量。（１）由縱向收縮變形造成的彎曲變形：如：鋼板單邊施焊后產(chǎn)生的彎曲形，這是由直縫縱向收縮引起總體彎曲變形的一個實例。（２）由橫向收縮變形造成的彎曲變形３角變形在焊接（單面）較厚鋼板時，在鋼板厚度方向上的溫度