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焊接的變形與應(yīng)力

的變形與應(yīng)力是焊接過程中的重要現(xiàn)象,其根本原因是焊接時不均勻溫度場導(dǎo)致局部塑性變形及組織比容變化,可分為瞬態(tài)和殘余兩種,按方位有縱向、橫向和厚向應(yīng)力之分,分布和大小受材料線膨脹系數(shù)、彈性模量等自身特性,以及焊件形狀、尺寸和溫度場影響,而溫度場又與材料導(dǎo)熱系數(shù)等及焊接工藝參數(shù)條件相關(guān),焊件受熱不均、焊縫金屬收縮、金相組織變化、焊件剛度不同,還有焊縫位置、裝配焊接順序、焊接方法、
變形

焊接是一個不均勻加熱的熱處理過程。它是根據(jù)人的焊接技術(shù)水平、熟練程度、焊接速度的快慢、焊接電流、電弧電壓的大小,焊條、焊絲的粗細(xì)的選擇來決定的。當(dāng)焊接電流大,焊速慢,焊縫單位長度受熱量就大、線能量大,近縫區(qū)的熱影響區(qū)受熱面積增大;焊接電流小,焊速快,單位長度受熱量就減小,熱影響區(qū)就??;單位長度焊縫受熱量大的區(qū)域,熱膨脹系數(shù)就大;單位長度焊縫受熱量小的區(qū)域,熱膨脹系數(shù)就小,熱膨脹系數(shù)大的地方應(yīng)力就大;熱膨脹系數(shù)小的地方應(yīng)力就小,隨之產(chǎn)生膨脹不均現(xiàn)象,引起應(yīng)力集中或應(yīng)力不均勻的現(xiàn)象;應(yīng)力集中和應(yīng)力不均勻就會產(chǎn)生變形。冷卻后能恢復(fù)到原來的幾何尺寸叫做彈性變形;不能恢復(fù)原來的幾何尺寸叫做塑性變形。

一、焊接變形通常分為:橫向收縮、縱向收縮變形;角變形;彎曲變形;波浪變形和扭曲變形。

焊接的變形與應(yīng)力 常見問題 第1張

1. 縱橫向的收縮與縮短

兩塊板焊接以后,發(fā)生了長度縮短和寬度變窄的變形,是由焊縫的縱向和橫向收縮引起的。橫向收縮的近似值5-10mm厚,1.3-1.5mm;縱向收縮的近似值,對接0.15-0.3mm/m,角接0.2-0.4mm/m

2. 角變形

V型坡口對焊時,焊縫截面的形狀上下不對稱,使焊縫橫向縮短上下不均勻所引起的,

3. 彎曲變形:梁和柱變形的主要原因是焊縫在結(jié)構(gòu)上布置不對稱。焊縫位于中心線的下方,焊后由于縱向縮短引起的彎曲變形。

4.波浪變形:薄板受熱不均勻,產(chǎn)生橫向收縮和縱向縮短引起的波浪變形

5.扭曲變形:裝配質(zhì)量不好,工件擱置不平,焊接順序和方向不合理引起的扭曲變形。

二、焊接應(yīng)力與變形種類

1. 按應(yīng)力形成的原因分

1) 溫度應(yīng)力:焊接時,由于加熱不均勻,使各部分的熱膨脹系數(shù)不同所引起的應(yīng)力。

2) 組織應(yīng)力:焊接時,在不同的焊接熱的循環(huán)作用下,金屬的金相組織發(fā)生轉(zhuǎn)變,由這種轉(zhuǎn)變而引起的內(nèi)應(yīng)力。

3) 收縮應(yīng)力:焊接時,熔池從液態(tài)冷凝成固態(tài),由于其體積發(fā)生收縮受到限制而形成的應(yīng)力。

2.按應(yīng)力在結(jié)構(gòu)中的作用分

1)線應(yīng)力:在焊件中應(yīng)力只按照其中的一個方向發(fā)生(薄板對接焊縫及焊件表面堆焊時,都屬于這種應(yīng)力),是單向應(yīng)力

2)平面應(yīng)力:雙向應(yīng)力,在焊件中應(yīng)力只按焊件中的一個面發(fā)生(厚板對接焊縫產(chǎn)生的不同方向,但在一個平面上,薄板交叉焊也產(chǎn)生)

3) 積應(yīng)力:焊件存在的應(yīng)力,是沿著空間的三個方向作用的(存在于大、厚焊件的對接焊縫;和三個方向的焊縫交叉處)

3.焊件的變形分類

1)整體變形:整個結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸發(fā)生改變,變形影響到整個外形和結(jié)構(gòu)的承載能力

2)局部變形:結(jié)構(gòu)的一些部分發(fā)生變化,變形影響到整個外形和結(jié)構(gòu)的承載能力

4. 影響焊接變形的主要因素

1)在結(jié)構(gòu)中的位置:焊縫在焊件中布置不對稱;焊縫截面重心與焊件截面重心不重合。

2)結(jié)構(gòu)剛性的大?。汉讣膭傂源笞冃未螅粗畡傂孕∽冃涡?/span>

3)裝配和焊接順序:整體焊接與分部件焊接剛性大先焊短焊縫再焊長焊縫

4) 焊接材料的線膨脹系數(shù)及焊接工藝:線膨脹系數(shù)大的材料變形大;線能量大變形大;坡口角度大產(chǎn)生變形大;焊接方向和順序不同,引起的變形不同。

5. 減小和矯正焊接變形的方法

1設(shè)計方面:盡量減少焊縫的數(shù)量和截面積,合理的安排焊縫的位置,盡可能的對稱布置,焊接過程中盡量使用胎具、夾具控制變形。

2)工藝方面:預(yù)留余量抵消收縮變形;焊前預(yù)留角度抵消焊后變形;選擇合理的焊接順序,減小變形;強制固定減小變形;最有效的辦法是采取焊后消除應(yīng)力來處理。

6.為了減小和防止焊接變形,合理的選擇焊接順序

1) 采用對稱焊接。

2) 結(jié)構(gòu)焊縫不對稱時,先焊焊縫少的一側(cè)。

3) 對結(jié)構(gòu)上的長焊縫,可采用逐步退焊法,從中間向外逐步退焊,跳焊法、交錯焊法,從中間向外對稱焊法。

4) 大面積平板對接,先焊所有橫向短焊縫,后焊縱向長焊縫

5) 工字梁的對稱焊接,方向一直的焊接順序減少彎曲變形或扭曲變形

焊接的變形與應(yīng)力 常見問題 第2張

6) 平板對接,為防止角變形可采取反變形。

7.為防止和減少焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力,合理選擇焊接順序的原則是

1) 盡可能的是焊縫自由收縮

2) 收縮量大的焊縫應(yīng)先焊

3) 焊接平面上的交叉焊縫的對接接頭,應(yīng)保證交叉點不產(chǎn)生缺陷和剛性約束不好的焊接順序

4) 采用合理的設(shè)計形式,避免焊縫過分的集中,減少焊件的局部剛性,采用剛性小的接頭

5) 應(yīng)用“加熱減應(yīng)力”法

6) 選擇合理的焊接順序

帶剪板的工字鋼焊接H型鋼

a. 在裝配之前先焊接冀緣板和腹板的對接焊縫

b. 組立裝配成工字梁,冀板和腹板要調(diào)平處理,組立時對稱點固,冀板和腹板最好不要留間隙

c. 焊接工字梁:焊接要調(diào)好焊接規(guī)范,四條焊縫從一個方向施焊,焊接方向為對角施焊;從施焊要對稱焊接,使能量相互抵消減少形變

d. 組裝端板與肋板:去工字鋼的長短,氣割后要磨去氧化鐵渣

e. 焊接端頭板與肋板:應(yīng)先焊冀緣板相連的短焊縫,再焊接與腹板相連的長焊縫,正反兩面的焊接方向要一致,保證焊縫受熱或收縮一致,減少變形

對接接頭——強度可以達(dá)到與母材相等,受力也比較均勻

角接接頭——這種接頭主要是板邊與板面接觸,而且還有交叉焊縫,受力條件較差,而且存在較高的應(yīng)力集中。焊接時約束度大,容易產(chǎn)生裂紋等缺陷

搭接接頭——非承載接頭,主要用于支座與客體的連接。

綜上所述,焊接接頭的應(yīng)力與變形可以歸納為

1.焊接接頭變形的兩個基本屬性:不均勻性和應(yīng)力集中。

2.影響焊接接頭性能的兩個因素:力學(xué)因素和材質(zhì)因素。

3.影響焊接接頭性能的力學(xué)因素有:

1) 接頭形狀的改變。

2) 焊接缺陷

3) 殘余應(yīng)力

4) 殘余變形

4.影響焊接接頭性能的材質(zhì)因素有:

1) 焊接熱循環(huán)所引起組織的變化。

2) 焊后熱處理

3) 焊后殘余變形的矯正。



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