第九章成形缺陷的产生机理及防止措施课件.ppt

内应力—没有外力的作用条件下，平衡物体内部的应力。 焊接瞬时应力—在焊接加热冷却过程中某一瞬时中存在的应力。 焊接残余应力—焊件完全冷却、温度均匀化后残留于焊件中的应力。 内应力的存在对焊接结构质量有很大的影响。在一定条件下，内应力影响结构的强度、刚度、受压稳定性和加工精度。 残余应力存在对构件的承载能力影响较大。可能会导致构件材料局部或者整体断裂、低应力脆断、应力腐蚀开裂等现象。 一 内应力的形成 内应力按其产生的原因可分为：热应力、相变应力和机械阻碍应力。 1 热应力—工件受热及冷却过程中，各部分的温度、冷却速度不同 造成的工件上在同一时刻各部分的收缩或膨胀量不同，导致内部彼此相互制约而产生的应力。该应力的本质是由热胀冷缩引起的，故称为热应力。 2 焊接应力与变形—焊接是热源移动和局部不均匀加热的过程。同一时刻离开热源中心不同点具有不同的温度分布。如将焊件分成无数小的窄板条，便可将微元件的温度当作是均匀场。这些受热元件在不同温度的周围杆件的作用下处于应力状态，加入和冷却时无法自由膨胀和收缩，其本身也将对周围杆件产生制约作用。 一 内应力的形成 3 相变应力—金属材料在固态相变过程中各部分因发生相变的先后时刻和相变过程不同，由此而产生的应力。 4 机械阻碍应力—焊件冷却过程中产生的收缩，受到外界的阻碍而产生的应力。工件在焊接时多采用能阻碍焊件收缩的刚性固定装置、工装夹具及胎具等，这些均可使工件产生拉应力和切应力。 综上，焊件内的应力是热、相变、机械阻碍应力的总和，在冷却过程的某一瞬间当局部应力的总和大于金属在该温度下的抗拉强度时，工件就会产生裂纹。一般经过热处理(一定温度和时间)工件内各部分的应力会重新分配或消失。 二 残余应力的分布 纵向应力—沿焊缝方向的应力,σx。 横向应力—垂直于焊缝方向的应力,σy 。 厚度向应力—沿板厚度方向的应力,σz 。 焊接残余应力值的大小可以用试验方法直接测定，亦可以进行理论计算。 纵向和横向残余应力的实例见P185~187图9-4、5、6、7、8和9。 三 减少或消除焊接残余应力的途径 根据残余应力产生的原因，可采用以下途径来减少或消除焊接残余应力。 1 合理的结构设计—如避免焊缝的交叉及密集，尽量采用对接而避免搭接，用刚度小的结构代替刚度大的结构等。 2 选择合理的工艺及采取必要的措施—采用小热输入(小直径焊条或低电流)，减小焊件的受热范围。安排合适的焊接顺序，尽可能使焊缝能自由收缩。此外，可以采用预热措施，在焊前进行预热可降低工件中的温度梯度，降低焊接应力。 三 减少或消除焊接残余应力的途径 3 减少焊接残余应力的措施 (1)热处理法—一般将工件加热到塑性状态的温度，并保温一段时间，利用蠕变产生新的塑性变形，消除残余应力。再缓冷，使厚、薄部位的温度均匀。 (2) 机械法—如对压力容器、桥梁等采用加载办法降低残余应力。原理是利用加载所产生的均匀拉伸应力与焊接应力相叠加，使存在于高拉伸应力区的应力值达到屈服强度值，迫使材料发生塑性变形，卸载后该区的残余应力得以完全或部分消除。 (3) 共振法—将焊件在共振条件下振动10～15min，以达到消除焊接残余应力的目的。该法的优点：设备费用低，花费时间少，易于操作，无氧化皮，不受工件大小尺寸的限制。不会因热处理规范不当产生裂纹。 一 焊接变形的基本形式 (1)收缩变形(Contraction Deformation)—焊接整体尺寸的减小，包括焊缝的纵向和横向收缩。 (2)角变形(Angular Deformation)—焊缝截面上下不对称或受热不均匀时，焊缝因横向上下收缩不一致，引起的变形。V形坡口的对接接头和角接接头易出现角变形。 (3)弯曲变形(Curving Deformation)—焊缝在结构上不对称分布，使得焊缝的纵向收缩不对称，引起焊件向一侧弯曲，形成的变形。 (4)波浪变形(Waviness Deformation)—焊接薄板结构时，焊接压应力使薄板失稳，引起不规则的变形。 (5)扭曲变形(Twist Deformation)—焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀和焊件纵向错边引起的，也是结构中焊缝布置不对称，或者焊接顺序和施焊方向不合理有关。 防止或减少焊接变形的方法 1 结构设计方面 设计要考虑强度、刚度、稳定性及制造工艺。如减少不必要的焊缝、尽可能采用小焊缝、注意开坡口的方法；薄板常用点焊代替熔焊；还要合理布置焊缝位置，尽可能减少焊接变形量。 2 工艺方面 (1)反变形法—依构件变形情况预先给出一个方向相反、大小相等的变形，来抵消焊件产生的变形达到要求。 (2)刚性固定法—将焊件牢牢固定在夹具中进行焊接，以限制其变形的发生(图9-15、9-16,P190)。 (3)预留收缩量—备料时预先考虑加放收缩余量。大小依据经验估