焊工工艺学第六章焊接应力与变形分析课件.ppt

1、2021/2/42 6-1焊接应力与变形的形成焊接应力与变形的形成2021/2/43一、焊接应力与焊接变形一、焊接应力与焊接变形焊接构件由焊接而产生的内应力叫焊接应力，焊后残留在焊件内的焊接应力叫焊接残余应力。物体在受到外力的作用时，会出现形状、尺寸的变化，称为物体的变形。焊件由焊接产生的变形叫焊接变形，焊后焊件残留的变形叫焊接残余变形。焊接应力与变形及其减少和防止措施焊接应力与变形及其减少和防止措施2021/2/44二、焊接应力与变形产生的原因二、焊接应力与变形产生的原因1.均匀加热引起应力与变形的原因均匀加热引起应力与变形的原因焊接应力和变形产生过程示意图)钢杆自由伸缩)钢杆加热时的变形)

2、钢杆冷却后的变形2021/2/452.焊接过程引起应力与变形的原因焊接过程引起应力与变形的原因平板对接焊时的焊接应力与变形)原始状态)加热过程)冷却以后示示应力示表应力2021/2/46 6-2焊接残余变形焊接残余变形2021/2/47一、焊接残余变形的分类一、焊接残余变形的分类)收缩变形)角变形)弯曲变形)波浪变形2021/2/48)扭曲变形)错边变形纵向和横向收缩变形x纵向收缩变形y横向收缩变形2021/2/492.弯曲变形弯曲变形弯曲变形常见于焊接梁、柱、管道等焊件，对这类焊接结构的生产造成较大的危害。弯曲变形的大小以挠度f来度量，f是焊后焊件的中心偏离原焊件中心轴的最大距离。弯曲变形的

3、挠度2021/2/410（1）由纵向收缩变形造成的弯曲变形由纵向收缩变形造成的弯曲变形2021/2/411（2）由横向收缩变形造成的弯曲变形由横向收缩变形造成的弯曲变形2021/2/4123.角变形角变形几种焊接接头的角变形)对接接头)形接头)堆焊2021/2/4134.波浪变形波浪变形薄板焊接的波浪变形2021/2/4145.扭曲变形扭曲变形工字梁的扭曲变形)焊前)焊后2021/2/4156.错边变形错边变形错边变形)长度方向的错边)厚度方向的错边2021/2/416二、影响焊接残余变形的因素二、影响焊接残余变形的因素1.焊缝在结构中的位置焊缝在结构中的位置焊缝在结构上位置不对称造成的弯曲变

4、形)单道焊缝的钢管焊接)T形梁的焊接2021/2/4172.焊接结构的刚度焊接结构的刚度（1）结构抵抗示伸的刚度主要决定于结构截面积的大小。（2）结构抵抗弯曲的刚度主要看结构截面的形状和尺寸大小。几种梁的截面形状2021/2/418（3）结构抵抗扭曲的刚度除了决定于结构的尺寸大小外，最主要的是结构截面形状。一般来说，短而粗的焊接结构，刚度较大；细而长的构件，抗弯刚度小。结构整体刚度总是比部件刚度大。因此，生产中常采用整体装配后再进行焊接的方法来减少焊接变形。2021/2/4193.焊接结构的装配及焊接顺序焊接结构的装配及焊接顺序工字梁的装配顺序和焊接顺序)工字梁的结构形式)边装边焊顺序)总装后

5、再焊接顺序1下盖板2腹板3上盖板2021/2/420双Y形坡口对接接头的角变形)合理的焊接顺序)不合理的焊接顺序2021/2/4214.其他因素其他因素（1）结构材料的线膨胀系数（2）焊接方法（3）焊接参数（4）焊接方向（5）焊接坡口形式2021/2/422三、控制焊接残余变形的措施三、控制焊接残余变形的措施1.采用合理的装配焊接顺序采用合理的装配焊接顺序（1）对称焊缝采用对称焊接法圆筒体环形焊缝对称焊接顺序2021/2/423（2）不对称焊缝先焊焊缝少的一侧表型上模及其焊接顺序2021/2/424（3）采用不同的焊接顺序控制焊接变形长焊缝的几种焊接顺序)分段退焊法)分中分段退焊法)跳焊法)交

6、替焊法)分中对称焊法2021/2/4252.反变形法反变形法锅炉汽包的反变形法焊接)汽包非反变形法焊接的焊后变形)汽包反变形法焊接翻转胎具)管座的跳焊顺序2021/2/426Y 形坡口对接的反变形法焊接a)产生角变形b)采取反变形法2021/2/4273.刚度固定法刚度固定法薄板焊接的刚度固定法表铁焊件平台防护罩用临时支撑的刚度固定临时支撑底平板立板圆周法兰盘刚度固定防止法兰角变形2021/2/4284.散热法散热法散热法示意图)喷水散热)浸入水中散热)水冷铜块散热焊炬焊件喷水管水冷铜块2021/2/4295.热平衡法热平衡法采用热平衡法防止焊接变形2021/2/430四、残余变形的矫正四、残

7、余变形的矫正1.机械矫正法机械矫正法工字梁焊后变形的机械矫正)拱曲焊件)用示紧器示)用表头表)用千斤顶顶2021/2/4312.火焰矫正法火焰矫正法火焰矫正法的加热方式)点状加热)线状加热)三角形加热2021/2/432（1）点状加热矫正火焰加热的区域为一个点或多个点，加热点直径一般小于15mm。（2）线状加热矫正水火矫正2021/2/433（3）三角形加热矫正火焰矫正法实例)点状加热矫正)线状加热矫正)三角形加热矫正2021/2/434 6-3焊接残余应力焊接残余应力2021/2/435一、焊接残余应力的分类一、焊接残余应力的分类1.按引起应力的基本原因分类按引起应力的基本原因分类（1）热应

8、力 （2）相变应力 （3）拘束应力2.按应力的作用方向分类按应力的作用方向分类（1）纵向应力 （2）横向应力3.按应力在空间的方向分类按应力在空间的方向分类（1）单向应力 （2）双向应力 （3）三向应力2021/2/436二、控制焊接残余应力的措施二、控制焊接残余应力的措施1.选择合理的焊接顺序选择合理的焊接顺序（1）尽可能考虑焊缝能自由收缩大型容器底部拼接的焊接顺序2021/2/437（2）先焊收缩量最大的焊缝带盖板的双工字梁结构焊接顺序对接焊缝角焊缝2021/2/438（3）平面交叉焊缝的焊接顺序2021/2/4392.选择合理的焊接参数选择合理的焊接参数焊接时应尽量采用小的焊接热输入，选

9、用小直径焊条、较小的焊接电流和快速焊等。3.采用预热法采用预热法预热法是指在焊前对焊件的全部（或局部）进行加热的工艺措施，一般预热的温度在150 350 之间。2021/2/4404.加热减应区法加热减应区法加热减应区法应用示意图)框架断口焊接)轮辐断口焊接)轮缘断口焊接2021/2/4415.锤击法锤击法焊缝区金属由于在冷却收缩时受阻而产生示伸应力，如在焊接每条焊道之后，用锤子锤击焊缝金属，促使它产生延伸塑性变形，以抵消焊接时产生的表缩塑性变形，这样便能起到减小焊接残余应力的作用。2021/2/442三、消除残余应力的方法三、消除残余应力的方法1.消除应力退火消除应力退火14MaMoVB 消除应力退火工艺曲线2021/2/4432.振动时效振动时效振动时效又称为振动消除应力法，简称VSR，是将焊接结构在其固有频率下进行数分钟至数十分钟的振动处理，以消除其残余应力，获得稳定的尺寸精度的一种方法。振动时效具有投资相对较少，生产周期短；设备体积小、质量轻、便于携带，节约能源，降低成本；可避免金属零件在时效过程中产生变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺欠；操作简便，易于实现自动化等特点。2020/11/544谢谢观赏！