焊接应力变形与接头强度培训描述.ppt

4、焊接残余应力对应力腐蚀开裂的影响 焊件在拉应力和腐蚀介质的共同作用下，易出现 应力腐蚀开裂，如低碳钢在NaOH溶液中的腐蚀。 应力腐蚀开裂的原因和步骤： ①、在腐蚀介质中，构件表面出现的局部腐蚀将形成微小蚀坑造成应力集中，并产生微小裂纹； ②、在腐蚀介质的作用下，裂纹尖端将被不断腐蚀，并在应力的作用下产生新的表面； ③、新表面又将被腐蚀介质腐蚀掉，并使裂纹扩展。当裂纹扩展到临界值时，在应力的作用下裂纹将快速扩展造成脆断。 应力腐蚀开裂所需的时间与应力大小有关。应力越大，发生断裂的时间越短。 图17 不锈钢的应力腐蚀开裂 ○—Cr18Ni9Ti；△—Cr25Ni20 三、焊接残余应力的控制和消除措施 1、焊接残余应力的控制 ①、采用合理的焊接顺序——先焊收缩量大和工作应力大的焊缝。 图18 焊接过程中焊接顺序的选择 ②、采用局部加热法——通过局部加热既减少温度梯度降低内应力，同时局部加热产生的膨胀使焊接区产生与焊缝收缩时相反的变形，冷却时加热区的收缩和焊缝收缩一致，通过焊缝自由收缩降低内应力。 图19 通过局部加热降低内应力 2、焊接后消除应力的措施 ①、机械拉伸法——通过施加外载对焊件进行拉伸，焊件的拉应力区在外力的作用下总体拉力变大，甚至产生塑性变形；构件的压应力区将与外载的拉力相互抵消，甚至压应力完全消除。 图20 通过加载降低内应力 ②、焊后热处理——焊后热处理是将焊接构件整体或局部加热到某一温度，并保持一定时间，然后使其均匀冷却到室温，从而降低或消除应力的方法。 A、局部高温回火——在焊缝周围的局部区域内进行加热。该方法可改善焊接接头的力学性能，降低应力的峰值，但不能完全消除应力。 B、整体高温回火——将整个焊接构件在高温下进行回火。一般而言，回火温度越高，回火时间越长，应力消除就越彻底。 图21 消除应力与高温回火温度和时间的关系 第三节 残余应力变形 焊接残余变形是焊接热循环过程中的压缩塑性变形导致构件出现缩短的现象。该过程的出现是不可逆的。 一、焊接残余变形的基本形式 焊接构件的收缩主要是由沿焊缝长度方向的纵向收缩和垂直于长度方向的横向收缩综合作用形成。 焊接残余变形的部分实例： 图22 沿焊缝纵向和横向的收缩变形 图23 翘曲变形 图25 薄板焊件承受外力后的波浪变形 图24 焊件平面围绕焊缝产生的角变形 图27 焊接后发生扭曲变形 图26 两焊件的热膨胀不一致出现的错边 二、焊接残余变形的计算 1、纵向收缩变形： 对于细长的钢质焊件（如梁、柱），单层焊时其纵向收缩率可用如下的经验公式进行估算： △L= k1 ·AH ·L / A 式中，A——焊缝截面积（mm2）； AH——塑性变形区面积 （mm2 ）； L ——构件长度（mm）。 2、横向收缩变形： 对于对接接头，其横向收缩量可用如下的经验公式进行估算： △B=0.18 ·AH / δ 式中，△B——对接接头的横向收缩量 （mm）； AH——焊缝截面积（mm2 ）； δ——板厚（mm）。 三、焊接残余变形的控制与矫正 1、控制焊接变形的措施 ①、设计措施： A、合理选择焊件尺寸——焊件的长度、宽度和高度对焊接变形有明显影响。如，当钢件和铝件的厚度分别为9mm和7mm时，角变形最大；细长构件焊接时易产生弯曲变形；薄板焊接时易出现波浪变形。故对焊件的尺寸参数应精心设计。 B、合理选择焊缝尺寸和坡口形式——一般而言，焊缝尺寸越大，填充金属就越多，焊接变形就越大，因此，应在保证结构承载能力的情况下，尽量采用较小的焊缝尺寸；但是，若焊缝尺寸过小，冷却速度就会很大，又容易产生焊接缺陷如焊接裂纹、热影响区硬度过高等。 此外，合理设计坡口也可控制焊接变形。如双Y型坡口对接接头的角变形明显比V型坡口的小；对于受力较大的丁字接头和十字接头，开坡口的焊缝比不开坡口的角焊缝更能有效地减少焊接变形。 C、合理进行焊接安排——焊接规划时，应尽量减少不必要的焊缝，减少焊缝数量就可减少焊接变形量。 此外，应力求使焊缝位置对称于焊接结构的中性轴，或接近中性轴。当焊缝对称于中性轴时，有可能使焊缝引起的弯曲变形相互抵消；当焊缝接近中性轴时，可以减少由焊缝收缩引起的弯曲力矩，使焊接构件的弯曲变形减少。 ②、工艺措施： A、反变形法——焊接前通过估算构件在焊接后出现变形的大小和方向，在装配时给予一相反的变形量，使之与焊后构件的焊接变形量相抵消，从而达到设计要求。 图28 减少焊接变形的反变形法 B、刚性固定方法——焊前将焊件固定再进行焊接。此法可在一定程度上减小焊接变形量，尤其适用于防止角变形和波浪变形的焊件。 图29 刚性固定法焊