焊接变形和应力的解决方案.doc

浅谈焊接变形和应力的分析与处理方法 摘要：焊缝是由工件金属和焊芯金属构成的，在焊接过程中是一个局部加热的过程，总是要产生焊接变形和应力，焊接变形和应力直接影响结构的制造质量和使用性能，应力的存在有可能导致产生裂纹，而变形则影响结构的形状和尺寸误差，因此我研究理解焊接变形和应力产生的原因、种类、基本规律和影响因素，以便控制和防止一旦发生过大焊接变形和应力后，能设法减少或消除。 关键词：焊接变形；焊接应力；焊后热处理；接头组织； 一、焊接变形和应力产生的原因 焊缝是在自然状态下结晶的，属铸造类型组织，它与基本是扎制状态的工件是不相同的，进缝区的金属在焊接热的作用下也会发生组织变化，像经过了一次热处理一样。在焊接过程中，焊件中产生的随时间而变化的变形和内应力分别称为瞬时变形和焊接瞬时应力，焊后焊件温度冷却至室温时留存于焊件中的变形和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力。而焊接接头局部区域的加热和冷却是很不均匀的，局部区域内的各部分金属又处于从液态到塑性状态在到弹性状态的不同状态，并随热源的变化而变化，这就是产生焊接应力和变形的根本原因。下面我将分析一下焊缝的化学成分和组织。 二、焊缝的化学成分及焊接接头的金相组织 焊缝的化学成分可以由焊缝中工件金属、焊芯金属所占的比例他们的成分来定，但是对于用药皮焊条的手工电弧焊，电弧气体和起保护作用的焊渣对焊缝成分有很大影响对焊接质量影响较大的气体有氧化性气体(氧气、二氧化碳)、氮和氢等，它们会烧损合金元素，阻碍焊接过程，产生气孔、夹杂，降低焊缝性能，所以我们要采取措施减少这些气体。 对于解决氧化问题的饿措施可以对于氧化问题突出的金属材料最好采 用氩弧焊，焊接一般钢材时可以采用药皮手工电弧焊，此时除电弧气体和溶渣进行保护并注意操作因素外，还要进行脱氧或消除氧化物带来的危害；氮一旦侵入焊缝就很难消除，控制氮的措施主要是选用能严密隔绝空气的焊接方法，手工电弧焊还可以采取控制焊接规范、控制焊丝成分等方法；对于减少接头含氢量的措施是控制焊接区水分、冶金处理、控制焊接规范、焊后脱氢处理等。 所以我们有必要对焊缝成分进行调整，调整的基础是工件的成分，调整的要求是保持原成分或者要增加、减少某些元素的含量。我们可以用烧损和稀释的方法来减少某些元素的含量，也可有意识增加某元素为渗合金或合金话。 焊接接头的金相组织：焊接接头是焊缝、融合区、和热影响区的总称。根据焊件的成分、热处理规律和原始状态，结合接头内各点的热过程特征就可以得到接头的金相组织。焊缝金属由融池的液态金属凝固而成，融池金属由高温冷却到常温，一般要经过两次组织变化(第一次结晶和第二次结晶)。从液态转变为固态(奥氏体)时的凝固结晶程为第一次。当焊缝金属温度低于相变温度时发生的组织转变(由奥氏体转变为铁素体和珠光体)为第二次结晶。 三、焊接变形和应力的种类·(包括焊接缺陷) 我们在了解了焊缝的组织成分之后就可以推出焊接变形和应力的种类包括焊接缺陷。 焊接变形包括：纵向收缩变形和横向收缩变形；横向弯曲变形（角变形）；旋转变形；波浪变形；扭曲变形，纵向弯曲变形，既然存在这些变形我们就要控制。影响焊接变形的因素有焊缝位置的影响、结构刚性的影响，装配焊接程序的影响、焊缝长度和坡口型式的影响、焊接规范和方法的影响、焊接操作方法的饿影响、材料线胀系数的影响。为此我们可以采用合理的设计、采用必要的工艺措施(如预留收缩余量、反变形法、选择合理的焊接方法和规范、合理的装配焊接次序、刚性固定法、热调整法)来控制焊接变形的存在或尽量减少焊接变形。 焊接应力包括：热应力、拘束应力、相变应力、氢致集中应力、焊接残余应力。这些应力的存在对结构强度与受压件稳定性、构件脆性断裂、疲劳强度、焊件加工精度和尺寸稳定性、庳力腐蚀都有影响。所以我们必须减少和消除焊接应力，可以从设计、工艺及焊后处理三方面入手。设计方面：焊缝布置应尽量分散并避免交叉、避免在断面剧烈过度区设置焊缝、改进结构设计；工艺方面：采取合理的焊接顺序、采取合理的施焊方法、采取焊前预热、锤击焊缝；焊后处：采取焊后热处理、机械拉伸法等都可以减少焊接应力的存在。在控制焊接变形和应力时我们必须严格控制焊接条件，如果焊接条件不当会引起各种焊接缺陷，有焊缝外部缺陷、焊缝内部缺陷、焊缝裂纹。焊缝外部缺陷主要表现在焊缝尺寸不符合要求、咬边、弧坑、焊瘤等；焊缝内部缺陷有气孔、裂纹、夹渣、未焊透、未融合等；焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹、再热裂纹。所以我们在焊接和控制焊接变形与应力时要引起注意。 四、消除和减小变形的措施 在了解了焊接应力和变形产生原因以及种类后，我们就应该从各个方面去控制，避免焊接变形和应力的存在