焊接應(yīng)力與變形

1、 焊接應(yīng)力與變形1.焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因 焊件在焊接過程中受到局部加熱和冷卻是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的主要原因。 焊接加熱時，圖F-4(a)中虛線既表示接頭橫截面的溫度分布，也表示金屬能自由膨脹時的伸長量分布。實(shí)際上接頭是個整體，由于受工件未加 熱部分的冷金屬產(chǎn)生的約束，無法進(jìn)行自由膨脹，平板只能在整個寬度上 伸長L,因此焊縫區(qū)中心部分因膨脹受阻而產(chǎn)生壓應(yīng)力(用符號“-”表 示)，兩側(cè)則形成拉應(yīng)力(用符號“+”表示)。焊縫區(qū)中心部分的壓應(yīng)力超 過屈服強(qiáng)度時，產(chǎn)生壓縮塑性變形，其變形量為圖F-4(a)中被虛線包圍的 無陰影部分。焊后冷卻時，金屬若能自由收縮，則焊件中將無殘余應(yīng)力， 也不

2、會產(chǎn)生焊接變形，但由于焊縫區(qū)中心部分已經(jīng)產(chǎn)生的壓縮塑性變形，不能再恢復(fù)，冷卻到室溫將縮短至圖F-4(b)中的虛線位置，兩側(cè)則縮短到焊前的原長L。這種自由收縮同樣是無法實(shí)現(xiàn) 的，平板各部分收縮會互相牽制，焊縫區(qū)兩側(cè)將阻礙中心部分的收縮，因此焊縫區(qū)中心部分產(chǎn)生拉應(yīng)力，兩側(cè)則形成壓 應(yīng)力。在平板的整個寬度上縮短L，即產(chǎn)生了焊接變形。圖F-4 平板對焊的應(yīng)力與分布 (a)焊接過程中；(b)冷卻后 2.焊接變形的幾種基本形式 圖F-5 焊接變形的基本形式 (a)收縮變形；(b)角變形；(c)彎曲變形；(d)扭曲變形；(e)波浪變形 1)收縮變形：收縮變形是工件整體尺寸的減小，它包括焊縫的縱向和橫向收縮變

3、形。 2)角變形：當(dāng)焊縫截面上下不對稱或受熱不均勻時，焊縫因橫向收縮上下不均勻，引起角變形。V形坡口的對接接頭和角接接頭易出現(xiàn)角變形。 3)彎曲變形：由于焊縫在結(jié)構(gòu)上不對稱分布，焊縫的縱向收縮不對稱，引起工件向一側(cè)彎曲，形成彎曲變形。 4)扭曲變形：對多焊縫和長焊縫結(jié)構(gòu)，因焊縫在橫截面上的分布不對稱或焊接順序和焊接方向不合理等，工件易出現(xiàn)扭曲變形。 5)波浪變形：焊接薄板結(jié)構(gòu)時，焊接應(yīng)力使薄板失去穩(wěn)定性，引起不規(guī)則的波浪變形。 實(shí)際焊接結(jié)構(gòu)的真正變形往往很復(fù)雜，可同時存在幾種變形形式。 3.焊接變形的防止與矯正 1)在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的措施 焊縫的位置應(yīng)盡量對稱于結(jié)構(gòu)中性軸 盡量減少焊縫的長度和數(shù)

4、量。 2)在焊接工藝方面的措施 (1)反變形法：焊前組裝時，按測定和經(jīng)驗(yàn)估計的焊接變形方向和大小，在組裝時使工件反向變形，以抵消焊接變 形，如圖F-6所示。同樣，也可采用預(yù)留收縮余量來抵消尺寸收縮。 (2)剛性固定法：采用剛性固定法，限制產(chǎn)生焊接變形，如圖F-7所示。但剛性固定會產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，此方法對塑性好的小型工件適用。 圖F-6 鋼板對接反變形 圖F-7 剛性固定法焊接法蘭盤 (3)合理安排焊接順序：采用圖F-8所示的對焊法，按圖(a)中數(shù)字順序焊接，則后焊焊邊可抵消前焊焊邊產(chǎn)生的變 形，若按圖(b)中數(shù)字順序焊接，則要產(chǎn)生翹曲變形。圖F-9所示結(jié)構(gòu)為避免彎曲變形采用合理安排焊接次序

5、的工藝措施 ，把可能出現(xiàn)的變形控制在最低程度。 圖F-8 X形坡口焊接次序 (a)合理；(b)不合理 圖F-9 工字梁的焊接順序 (4)預(yù)熱與緩冷：減小焊縫區(qū)與其他部分的溫差，使工件較均勻地冷卻，減少焊接應(yīng)力和變形。通常在焊前將工件預(yù)熱到300 以上再進(jìn)行焊接，焊后要緩冷。 (5)焊后熱處理：對重要結(jié)構(gòu)件焊后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火，以降低應(yīng)力，減少變形，提高承載能力。小型工件可整體退 火，大型工件可進(jìn)行局部退火。 3)焊后矯形處理 (1)機(jī)械矯形：利用壓力機(jī)、輾壓機(jī)、矯直機(jī)或手工等方法，在機(jī)械外力的作用下，使變形工件恢復(fù)到原形狀和尺寸。機(jī)械矯形可利用機(jī)械外力所產(chǎn)生的變形，抵消焊接變形并降低內(nèi)應(yīng)力。對塑性差的材料不宜采用機(jī)械矯形。 (2)火焰矯形：采用氧乙炔火焰在被焊工件的適當(dāng)部