焊接应力变形的控制..doc

1 焊接应力与变形控制 2 1.1 特点 2 1.2 焊接应力与变形的危害 7 1.3 焊接应力与变形产生原因 8 1.4 焊接应力与变形的控制原理 9 1.5 应力的控制措施 11 1.6 变形的控制措施 11 1.7 焊接应力与变形控制措施 12 1.7.1 焊前措施 13 1.7.1.1 设计措施 13 1.7.1.2 选材措施 14 1.7.1.3 焊接残余应力和变形值的估算 15 1.7.1.4 反变形法 15 1.7.1.5 焊接应力和变形的数值分析与模拟 19 1.7.1.6 刚性固定 23 1.7.1.7 合理的装配焊接顺序 24 1.7.1.8 合理的焊接分段和焊接顺序 25 1.7.1.9 合理的焊接方向 31 1.7.1.10 合理的热输入 32 1.7.1.11 振动焊接 35 1.7.2 焊时措施 39 1.7.2.1 合理的焊缝尺寸 39 1.7.2.2 加热补偿 39 1.7.2.3 跟踪监控 39 1.7.2.4 锤击法 39 1.7.3 焊后措施 40 1.7.3.1 加热矫正法 40 1.7.3.2 机械矫正 40 1.7.3.3 混合矫正 41 1.7.3.4 焊后热处理 41 1.7.3.5 振动时效 41 参考文献 44 焊接应力与变形控制 特点 由于焊件在焊接和冷却过程中受热和冷却都不均匀，和焊缝在结构上的位置和焊缝截面的不对称，以及施焊顺序和施焊方向不合适，在焊缝区域会产生不同的焊接应力和变形。存在于焊接结构中的应力，按其产生的原因和性质大致可分为热应力、拘束应力、相变应力、氢致应力、焊接残余应力。焊件产生的共六种其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。 引起焊接应力与变形的主要因素及其内在联系 焊接箱形杆件的内应力分布 不同焊接方向对横向应力分布的影响 厚板V形坡口多层焊时沿厚度上的应力分布 σz在厚度上的分布 b) σx在厚度上的分布 c) σy在厚度上的分布 25mm厚低碳钢板多层对接焊的残余应力沿板厚方向的分布实测结果 焊接残余变形的分类；（1） 纵向收缩变形；2） 横向收缩变形；3） 挠曲变形。4） 角变形；5） 波浪变形；6） 错边变形。7） 螺旋形变形。 2变形种类 焊接变形的种类很多，与构件形状和尺寸，焊接方法和顺序，约束情况等很多因素有关。常见焊接变形主要分为以下几大类： ①横向收缩变形：构件焊后在垂直于焊缝方向产生收缩。 ②纵向收缩变形：构件焊后在焊缝方向产生收缩。 ③角变形：由于焊缝的横向收缩使得焊件平面绕焊缝轴产生角变化。 ④弯曲变形：由于焊缝的纵向和横向收缩相对于构件的中和轴不对称引起构件整体弯曲。 ⑤扭曲变形：焊后构件的角变形沿构件纵轴方向数值不同及构件翼缘与腹板的纵向收缩不一致，综合而形成的变形形态。 ⑥波浪变形：薄板焊接后，母材受压应力由于失稳而使板面产生翘曲 3.3.1 焊接残余应力的分布 一般焊接结构制造所用材料的厚度相对于长和宽都很小，在板厚小于20mm的薄板和中厚板制造的焊接结构中，厚度方向上的焊接应力很小，残余应力基本上是双轴的，即为平面应力状态。只有在大型结构厚截面焊缝中，在厚度方向上才有较大的残余应力。通常，将沿焊缝方向上的残余应力称为纵向应力，以σx表示；将垂直于焊缝方向上的残余应力称为横向应力，以σy表示；对厚度方向上的残余应力以σz表示。 1.纵向残余应力的分布 平板对接焊件中的焊缝及近缝区等经历过高温的区域中存在纵向残余应力，其纵向残余应力沿焊缝长度方向的分布如下图所示。 当焊缝比较长时，在焊缝中段会出现一个稳定区，对于低碳钢材料来说，稳定区中的纵向残余应力σx将达到材料的屈服强度σs，在焊缝的端部存在应力过渡区，纵向应力逐渐减小，在板边处σx=0。一般来说，当内应力的方向垂直于材料边界时，则在该边界处的与边界垂直的应力值必然等于零。如果应力的方向与边界不垂直，则在边界上就会存在一个切应力分量，因而不等于零。当焊缝长度比较短时，应力稳定区将消失，仅存在过渡区，并且焊缝越短纵向应力的数值就越小，其随焊缝长度变化情况如下图。 纵向应力沿板材横截面上的分布表现为中心区域是拉应力，两边为压应力，拉应力和压应力在截面内平衡。低碳钢焊缝纵向应力沿板材横向上的分布如下图。 2.横向残余应力的分布 横向残余应力产生的直接原因是来自焊缝冷却时的横向收缩，间接原因是来自焊缝的纵向收缩。另外，表面和内部不同的冷却过程以及可能叠加的相变过程也会影响横向应力的分布。 （1）纵向收缩的影响 考虑到边缘无拘束（横向可以自由收缩）时平板对接焊的情况。如果将焊件自焊缝中心线一分为二，就相当于两块板同时受到