焊接應(yīng)力和變形

1、焊接應(yīng)力和變形.教學(xué)目的：了解應(yīng)力和變形的概念、產(chǎn)生原因；了解焊接變形的種類；掌握預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的措施。教學(xué)重點(diǎn)：預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的措施教學(xué)難點(diǎn)：應(yīng)力和變形的概念、產(chǎn)生原因教學(xué)課時(shí)：16課時(shí)第一節(jié) 應(yīng)力和變形的概念一、變形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)在焊接過(guò)程中，局部區(qū)域受到很強(qiáng)的高溫作用，在此不均勻的加熱和冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。 二、應(yīng)力焊接后冷卻時(shí)，焊縫與焊縫附近的鋼材不能自由收縮，由此約束而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為焊接應(yīng)力。三、應(yīng)力形成 兩塊鋼板上施焊時(shí)，產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)，焊縫附近溫度高達(dá)1600°C，其鄰近區(qū)域溫度較低，且冷卻很快。冷卻時(shí)鋼材收縮，冷卻慢的區(qū)域收縮受

2、到限制，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，冷卻快的區(qū)域受到壓應(yīng)力。 四、焊接應(yīng)力的分類1.根據(jù)焊接應(yīng)力在空間的位置單向應(yīng)力、雙向應(yīng)力、三向應(yīng)力。2.根據(jù)焊接應(yīng)力發(fā)生和互相平衡所在的范圍大小第一類應(yīng)力、第二類應(yīng)力、第三類應(yīng)力。3.根據(jù)焊接應(yīng)力在焊縫中的方向不同縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力、厚度方向應(yīng)力第二節(jié) 焊接應(yīng)力和變形的產(chǎn)生原因焊件進(jìn)行局部的、不均勻的加熱是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的原因。一、金屬棒的均勻加熱和冷卻金屬棒在均勻加熱時(shí)，產(chǎn)生過(guò)壓縮塑性變形，則冷卻后必定產(chǎn)生縮短變形。二、縱向焊接應(yīng)力和變形焊接時(shí)，在電弧熱的作用下，使金屬局部達(dá)到熔化溫度，但離電弧較遠(yuǎn)處的金屬溫度則較低，這樣焊件就出現(xiàn)了不均勻的膨脹。沿焊縫軸線方向

3、尺寸的縮短。三、橫向焊接應(yīng)力和變形焊件在于海峰軸線垂直的方向上，焊縫及熱影響區(qū)金屬在加熱過(guò)程中也受到壓應(yīng)力，發(fā)生壓縮塑性變形，在冷卻后則存在著殘余應(yīng)力和變形，稱為橫向焊接應(yīng)力和變形。四、影響焊接應(yīng)力和變形的因素影響焊接應(yīng)力和變形的因素主要包括以下幾點(diǎn)：焊接規(guī)范、焊縫尺寸、焊縫在結(jié)構(gòu)中位置的布置、焊縫分段和焊接方向、焊接程序、焊接結(jié)構(gòu)的剛性以及層數(shù)。第三節(jié) 焊接變形的種類一、縱向變形指平行于焊縫方向的變形。多層焊比單層焊的變形量小。二、橫向變形指垂直于焊縫方向的變形。角焊縫和對(duì)接焊縫焊后都會(huì)引起橫向變形，同時(shí)，與焊接方法有關(guān)。三、彎曲變形T型梁焊接后，由于焊縫布置不對(duì)稱，焊縫多的一面收縮量大，引

4、起的工件彎曲。四、角變形由于V型坡口對(duì)接焊焊縫布置不對(duì)稱，造成焊縫上下橫向收縮量不均勻而引起的變形。五、扭曲變形由于焊接過(guò)程中焊接順序和焊接方向不合理引起的工件扭曲，又稱為螺旋形變形，多出現(xiàn)在工字梁的焊接加工過(guò)程中。六、波浪變形這種變形易發(fā)生在波板焊接過(guò)程中。是由于焊縫收縮使薄板局部引起較大的壓應(yīng)力而失去穩(wěn)定性，焊后使構(gòu)件成波浪形。第四節(jié) 預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的措施一、從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的預(yù)防措施1、盡量減少焊縫數(shù)量。2、合理地選擇焊縫的尺寸和形式。3、合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式及合理安排焊縫位置。二、減小焊接應(yīng)力和變形的方法1.反變形法是根據(jù)預(yù)測(cè)的焊接變形大小和方向,在焊件裝配時(shí)造成與焊接殘余變形大小

5、相當(dāng)、方向相反的預(yù)變形量(反變形量),焊后焊接殘余變形抵消了預(yù)變形量,使構(gòu)件恢復(fù)到設(shè)計(jì)要求的幾何形狀和尺寸。這種預(yù)制的反變形可以是彈性的，塑性的或彈塑性的。采用加裕量的辦法控制焊接變形時(shí)，在工件下料尺寸上所加的焊接裕量通常為0.1%0.2%,以彌補(bǔ)焊后變形。2選擇合理的焊接順序 （1）盡量使焊縫能自由收縮，這樣產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較小。（2）結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在對(duì)接縫和角接縫時(shí)，必須先焊對(duì)接縫，后焊角接縫。（3）采用分散對(duì)稱焊工藝，長(zhǎng)焊縫盡可能采用分段退焊或跳焊的方法進(jìn)行焊接，這樣加熱時(shí)間短、溫度低且分布均勻，可減小焊接應(yīng)力和變形。 （4）合理選用各種焊接程序3. 剛性固定法 利用夾具、胎具等強(qiáng)制手段，以

6、外力固定被焊工件來(lái)減小焊接變形。該法能有效地減小焊接變形，但會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，所以一般只用于塑性較好的低碳鋼結(jié)構(gòu)。 4.錘擊焊縫法 焊后用圓頭小錘對(duì)紅熱狀態(tài)下的焊縫進(jìn)行錘擊，可以延展焊縫，從而使焊接應(yīng)力得到一定的釋放。 5.焊前預(yù)熱法在補(bǔ)焊前可對(duì)鑄件上的適當(dāng)部位進(jìn)行加熱，以減少焊接時(shí)對(duì)焊接部位伸長(zhǎng)的約束，焊后冷卻時(shí)，加熱部位與焊接處一起收縮，從而減小焊接應(yīng)力。被加熱的部位稱為減應(yīng)區(qū)，這種方法叫做加熱減應(yīng)區(qū)法，如圖3-7所示。利用這個(gè)原理也可以焊接一些剛度比較大的焊縫。 6.冷卻法利用容易散熱的物體把焊接處的熱量迅速散去，時(shí)焊縫附近的金屬受熱面大大減小，達(dá)到減小焊接變形的目的。三、消除焊接殘

7、余應(yīng)力的方法1.概述焊接結(jié)構(gòu)件焊后在焊件內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大小不同的殘余應(yīng)力。當(dāng)焊件受到外力影響時(shí)，由于殘余應(yīng)力的作用，會(huì)使焊件變形，甚至產(chǎn)生裂紋。因此，焊件焊后是否要消除焊接殘余應(yīng)力，應(yīng)從構(gòu)件的用途、尺寸（特別是厚度）、所用材料的性能及工作條件綜合考慮。2.整體高溫回火是指將整體構(gòu)件加熱至鍛造溫度以上再進(jìn)行矯正的方法,可用以消除較大的形狀偏差。但是焊后整體加熱容易引起冶金方面的副作用,限制了該方法的進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。3. 局部高溫回火采用火焰對(duì)焊接構(gòu)件局部加熱,在高溫處,材料的熱膨脹受到構(gòu)件本身剛性制約,產(chǎn)生局部壓縮塑性變形,冷卻后收縮,抵消了焊后部位的伸長(zhǎng)變形,達(dá)到矯正目的, 局部加熱矯正

8、方法簡(jiǎn)便靈活,因此在生產(chǎn)上廣為應(yīng)用。在實(shí)際使用時(shí)應(yīng)控制加熱的溫度與位置，對(duì)于低碳鋼和普通低合金鋼，常采用600800的加熱溫度。4. 機(jī)械拉伸法 對(duì)焊件進(jìn)行加載，使焊縫區(qū)產(chǎn)生微量塑性拉伸，可以使殘余應(yīng)力降低。例如，壓力容器在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)壓力加到工作壓力的1.21.5倍，這時(shí)焊縫區(qū)發(fā)生微量塑性變形，應(yīng)力被釋放。5.溫度拉伸法對(duì)焊后的焊件沿焊縫兩側(cè)加熱，然后再快速冷卻形成一個(gè)焊縫兩側(cè)溫度高、焊縫區(qū)溫度低的溫度場(chǎng)，從而使原焊縫區(qū)受到的壓縮塑性變形進(jìn)行拉伸，以抵消原來(lái)的壓縮塑性變形，消除部分應(yīng)力。6.振動(dòng)時(shí)效處理利用一種嚴(yán)格受控的振動(dòng)能量，對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行處理，以解決結(jié)構(gòu)件內(nèi)部因殘余應(yīng)力導(dǎo)致抗載

9、荷能力變化的問(wèn)題。7.電物理處理采用電物理處理裝置對(duì)焊縫進(jìn)行處理，替代傳統(tǒng)的焊后熱處理。四、焊接變形和矯正方法1.機(jī)械矯正 利用機(jī)械力產(chǎn)生塑性變形來(lái)矯正焊接變形，如圖3-10所示。這種方法適用于塑性較好、厚度不大的焊件。 2.火焰矯正 利用金屬局部受熱后的冷卻收縮來(lái)抵消已發(fā)生的焊接變形。這種方法主要用于低碳鋼和低淬硬傾向的低合金鋼?；鹧娉C正一般采用氣焊焊炬，不需專門(mén)設(shè)備，其效果主要取決于火焰加熱的位置和加熱溫度。加熱溫度范圍通常在600800。圖3-11為T(mén)形梁上拱變形的火焰矯正方法。加熱方法有以下幾種：（1）點(diǎn)狀加熱法多用于薄板結(jié)構(gòu)，加熱點(diǎn)直徑d15mm,加熱點(diǎn)中心距a為50100mm。（2

10、）線狀加熱法多用于矯正角變形、扭曲變形及筒體直徑過(guò)大或橢圓度。（3）三角形加熱法多用于矯正彎曲變形。（4）水火矯正法多用于雙曲面板材的加工成形。選擇上德教育的優(yōu)勢(shì)：1、培訓(xùn)工種享受政府補(bǔ)貼，蘇州市城鄉(xiāng)勞動(dòng)者職業(yè)技能培訓(xùn)定點(diǎn)單位；2、業(yè)余時(shí)間上課學(xué)習(xí)，不擔(dān)誤工作時(shí)間；3、名師教學(xué)，學(xué)以致用，押題精準(zhǔn)，一次性通過(guò)率高；4、零基礎(chǔ)起學(xué)，學(xué)會(huì)為止；5、給學(xué)員提供更好的服務(wù)態(tài)度。蘇州上德教育提供專業(yè)培訓(xùn)考證服務(wù)：蘇州考安監(jiān)局特種作業(yè)操作證IC卡（電工作業(yè)：安裝，維修，值班，試驗(yàn)電工，儀表電工，低壓電工，高壓電工指（高壓運(yùn)行，進(jìn)網(wǎng)作業(yè)），焊工：電焊，氣焊，氬弧焊，二氧化碳保護(hù)焊（二保焊），手工電弧焊，埋弧

11、焊，電阻焊，電渣焊。高空作業(yè)：登高架設(shè)作業(yè)，高處安裝、維護(hù)、拆除作業(yè)?？照{(diào)制冷：制冷安裝維修）蘇州考建設(shè)廳特殊工種項(xiàng)目（建筑電工、建筑焊工、司索信號(hào)工、架子工、塔吊司機(jī)、塔吊裝拆工、施工升降機(jī)司機(jī)、施工升降機(jī)裝拆工、物料提升機(jī)司機(jī)、物料提升機(jī)司機(jī)裝拆工、高處作業(yè)吊籃安裝拆卸工、建筑混凝土操作工、樁機(jī)操作工、建筑施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)機(jī)動(dòng)車司機(jī)（叉車、裝載機(jī)、翻斗車、推土機(jī)、挖掘機(jī)、壓路機(jī)、平地機(jī)、瀝青機(jī)）蘇州考人社局資格證技工（鉗工（裝配、機(jī)修）、焊工、維修電工、冷作鈑金工、砌筑工、混凝土工、鋼筋工、架子工、防水工、綠化工、抹灰工、油漆工、木工、管工、園林園藝師、智能樓宇管理師、面點(diǎn)師、育嬰師）蘇州考公共營(yíng)養(yǎng)師（公共營(yíng)養(yǎng)師3級(jí)公共營(yíng)養(yǎng)師2級(jí)）蘇州考心理咨詢師（心理咨詢師3級(jí)心理咨詢師2級(jí)）蘇州考人力資源管理師（人力資源管理師3級(jí)人力資源