論文--焊工工作中的焊接應(yīng)力與變形.docx

全省技師、高級技師統(tǒng)一職業(yè)技能鑒定國家職業(yè)資格二級電焊工-論文 論文題目：焊工工作中的焊接應(yīng)力與變形姓 名： 郭守成身份證號：考證號： 所在省市： 青海省西寧市所在單位： 青海鹽湖海納化工有限公司摘要：在我們?nèi)粘：附舆^程中，鍋爐.壓力容器在制造過程中總是要產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，而焊接應(yīng)力和焊接變形直接影響著結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量和使用性能。因此了解焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因.影響因素，以及防止.減小焊接應(yīng)力和焊接變形是十分重要的。關(guān)鍵字：應(yīng)力 變形 矯正 焊接順序 簡介 （一）應(yīng)力和焊接應(yīng)力（1） 應(yīng)力的基本概念：物體內(nèi)部截面積上所受的力成為應(yīng)力。有外力作用引起的應(yīng)力成為工作應(yīng)力。如物體收到外部拉力，壓力或是剪力的作用而形成的拉應(yīng)力，壓應(yīng)力或剪應(yīng)力統(tǒng)稱為工作應(yīng)力。在沒有外力作用的條件下平衡平衡物體內(nèi)部的應(yīng)力，稱為內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力存在于許多的工程結(jié)構(gòu)中，如鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)等，在鑄造時(shí)由于鑄件冷卻速度不同而形成的鑄造內(nèi)應(yīng)力，金屬在壓力加工時(shí)也會有不均勻的塑形變形而形成內(nèi)應(yīng)力，焊接時(shí)焊接接頭的加熱膨脹和冷卻收縮并不是在自由狀態(tài)下進(jìn)行，均受到拘束阻礙而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，基本上各種加工工藝都會不可避免的產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的特點(diǎn)是在外力作用下形成的因此他在物體的任意個(gè)截面上相互平衡。（2） 焊接應(yīng)力：在焊接過程中焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為焊接瞬時(shí)應(yīng)力。焊接過程結(jié)束在結(jié)構(gòu)內(nèi)留下來的內(nèi)應(yīng)力稱為焊接殘余應(yīng)力。焊接瞬時(shí)應(yīng)力和殘余應(yīng)力統(tǒng)稱為焊接應(yīng)力。 焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因，作用形式及在結(jié)構(gòu)中所處的空間狀態(tài)和可分為以下幾點(diǎn)。 1根據(jù)產(chǎn)生的焊接應(yīng)力的原因可分為：熱應(yīng)力，焊縫和熱影響區(qū)在于均勻加熱和冷卻中產(chǎn)生的應(yīng)力。它主要與基體金屬和焊條金屬的熱物理性質(zhì)有關(guān)，同時(shí)與焊件的鋼性有一定的關(guān)系。組織應(yīng)力金屬相變時(shí)由于體積的變化而引起的應(yīng)力。日奧氏體分解為珠光體或轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體都會引起截面積膨脹這種膨脹別不是自由狀態(tài)下進(jìn)行，而是受到周圍的金屬拘束，同時(shí)組織內(nèi)部的轉(zhuǎn)變也不是均勻的結(jié)果產(chǎn)生了組織應(yīng)力拘束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)自身拘束條件而造成的應(yīng)力。這種應(yīng)力于結(jié)構(gòu)形式，焊縫位置，施焊順序，工件自重，冷卻過程中其他受熱的部位收縮，堅(jiān)持件的松緊程度等因素有關(guān)。（2） 焊接應(yīng)力的作用形式：可分為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，在焊接加熱時(shí)，焊縫及其兩側(cè)一定區(qū)域能的金屬發(fā)生膨脹，但受到周圍冷硬基體金屬的拘束，使受到膨脹金屬的一定部位受到壓應(yīng)力作用。而周圍冷硬區(qū)金屬受到拉應(yīng)力作用，當(dāng)焊接冷卻時(shí)，焊縫和受熱區(qū)也受到周圍冷硬基體金屬的拘束產(chǎn)生拉應(yīng)力，而周圍金屬受到壓應(yīng)力。（3） 根據(jù)焊接應(yīng)力對焊縫的作用方向：分為縱向內(nèi)應(yīng)力和橫向內(nèi)應(yīng)力?？v向應(yīng)力為平行于焊縫方向的應(yīng)力，橫向應(yīng)力為垂直于焊縫方向的應(yīng)力（4） 根據(jù)焊接應(yīng)力所處的空間狀態(tài)可分為平面應(yīng)力和體積應(yīng)力，平面應(yīng)力是在一個(gè)平面分布的應(yīng)力。平面應(yīng)力有分為單項(xiàng)應(yīng)力和雙向應(yīng)力。單向應(yīng)力在焊件內(nèi)只沿一個(gè)方向存在的應(yīng)力，單向應(yīng)力基本處在于薄板對接及表面堆焊的結(jié)構(gòu)中。雙向應(yīng)力是在一個(gè)平面內(nèi)沿著兩個(gè)方向存在的應(yīng)力，雙向應(yīng)力存在于較厚板的對接焊縫及交叉焊縫中。體積應(yīng)力是沿著三個(gè)方向（焊縫縱向，橫向，板厚方向）作用的應(yīng)力。三向應(yīng)力時(shí)材料的塑形變形能力下降，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)脆性斷裂，因此是一種危險(xiǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。（2） 變形于焊接變形 （1）變形于焊接變形的基本概念：物體在應(yīng)力的作用下發(fā)生的形狀或尺寸的改變稱為變形。變形分為有分為彈性變形和塑形變形。物體在受到應(yīng)力下發(fā)生了變形，但應(yīng)力去除之后變形隨之消失，恢復(fù)到原來的形狀這種變形稱為彈性變形，而當(dāng)去除應(yīng)力之后不能恢復(fù)到原來的形狀稱為塑形變形。根據(jù)外力或應(yīng)力的作用形式不同變形可分為壓縮變形，拉伸變形，彎曲變形，扭曲變形，因焊接應(yīng)力所引起的變形稱為焊接變形。金屬材料產(chǎn)生變形的大小，主要決定于金屬所應(yīng)力的大小以及金屬本身的強(qiáng)度和鋼性。（2） 焊接變形和應(yīng)力的產(chǎn)生為薄板手工電弧焊某一瞬間焊件溫度的分布情況。它說明焊接區(qū)的加熱和冷卻很不均勻因而其組織和性能將隨溫度的變化而變化。此外焊接接頭的組織和性能還與結(jié)構(gòu)和接頭的特征焊接工藝的方法和措施，焊接線能量等因素有關(guān)。 焊接過程中由于不均勻加熱和冷卻，而在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生不均勻的塑性變形是產(chǎn)生焊接變形和應(yīng)力的主要作用。而焊接變形和焊接應(yīng)力有是相互聯(lián)系的，當(dāng)焊件拘束度較小時(shí)，焊后產(chǎn)生的變形較大，則應(yīng)力較小，相反焊件拘束度較大，焊后產(chǎn)生的變較小，應(yīng)力則越大。 二焊接殘余變形的分類 焊接殘余變形是焊接后存在于結(jié)構(gòu)中的變形稱為焊接變形，主要有一下幾種：縱向收縮變形和橫向收縮變形，角變形，彎曲變形，波浪變形和扭曲變形以及錯邊變形等。焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，焊接變形過大時(shí)往往要矯正，這樣不僅提高了成本，而且降低了材料的性能，特別是有的結(jié)構(gòu)應(yīng)變形較大，無法矯正造成報(bào)廢。由局部裝配焊接引起的結(jié)構(gòu)變形，講影響整個(gè)結(jié)構(gòu)裝配的質(zhì)量甚至造成錯邊，而產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)也會使錯邊部位的有效板厚減薄，降低結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性（三）影響焊接的因素（1） 焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置對焊接變形的影響當(dāng)結(jié)構(gòu)鋼性不大時(shí)，焊縫在結(jié)構(gòu)中不對稱布置，引起彎曲變形。焊接接頭重心與焊縫截面重心不吻合，容易引起角變形，對稱布置則引起收縮變形（2） 結(jié)構(gòu)的剛性對變形的影響，在承受相同工作載荷的情況下，鋼性大的結(jié)構(gòu)變形小。鋼性小的變形大。結(jié)構(gòu)抵抗拉伸變形的鋼性取決于結(jié)構(gòu)的截面積，截面積越大拉伸變形越小 。結(jié)構(gòu)抵抗彎曲變形的鋼性取決于結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸。（3） 裝配及焊接順序?qū)ψ冃蔚挠绊?，如果選擇不當(dāng)，不但回影響整個(gè)工序的順利進(jìn)行，而且使焊件產(chǎn)生較大的變形。一般對稱布置的焊縫有偶數(shù)的焊工同時(shí)進(jìn)行焊接，這樣可以使焊縫引起的變形相互抵消。費(fèi)對稱的焊縫。先焊縫小的一端后焊縫大的一端可以使先焊焊縫引起的變形部分得到抵消（4） 焊縫線能量對變形的影響線能量越大產(chǎn)生的熱壓縮變形越大，因而焊接變形增加。選用線能量較低的焊接方法焊接規(guī)范可有效的防止和減小變形，但對有較強(qiáng)淬硬傾向的鋼因慎重選擇焊接規(guī)范（5） 焊縫長度和坡口形式對變形的影響焊縫越長，焊接變形越大，坡口內(nèi)的空間越大填充材料越大，變形也就越大（6） 操作方法對變形的影響，焊件采用對稱的坡口型式，施焊順序和操作方法對變形的影響很大 影響焊接變形的因素涉及帶材料的熱物理性質(zhì)，焊接結(jié)構(gòu)的自重，形狀以及放置狀態(tài)，材料的線膨脹系數(shù)越大，變形越大，焊接長構(gòu)件和容器時(shí)應(yīng)支撐墊平以防扭曲和彎曲變形 （四）防止和矯正焊接變形的方法防止和減小焊接變形應(yīng)從設(shè)計(jì)和工藝兩方面考慮（1） 設(shè)計(jì)措施合理的選擇焊縫尺寸和形式，盡可能減少不必要的焊縫，合理的安排焊接位置盡可能安排焊縫對稱截面的中心軸，或使焊縫接近中心軸有利減小彎曲變形（2） 工藝措施預(yù)留余量對于縱向和橫向收縮變形，通過對焊縫的收縮量估算，備件加工時(shí)預(yù)先留出收縮余量加以克服。反變形法估計(jì)好結(jié)構(gòu)變形的大小和方向，焊后裝配時(shí)給予一個(gè)相反方向的變形和焊接變形相互抵消。鋼性國定法利用外加鋼性拘束的方法來減小焊件焊后的變形方法。選擇合理的的裝配焊接順序，在裝配焊接比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以把他分成幾個(gè)簡單的部件分別裝配焊接，然后總的焊接完成，可使那些不對稱的或收縮力較大的焊縫能自由收縮，不影響整體結(jié)構(gòu)從而控制結(jié)構(gòu)的焊接變形。合理的選擇焊接方法和規(guī)范調(diào)節(jié)線能量，以減小變形 防止變形的方法有很多 以上是其中主要的幾種。實(shí)際應(yīng)以中根據(jù)結(jié)構(gòu)型式，尺寸，焊接條件，材料特點(diǎn)選擇適宜的一種或是幾中方法 (3) 矯正焊接的變形方法 焊接生產(chǎn)中，及時(shí)采用了防止變形的措施，難免產(chǎn)生較大或較小的變形，超出了產(chǎn)品技術(shù)要求允許的范圍，應(yīng)進(jìn)行矯正保證產(chǎn)品的質(zhì)量，矯正的方法有：機(jī)械矯正法，火焰加熱矯正法， （五）焊接應(yīng)力 焊接應(yīng)力不可避免存在于任何的焊接結(jié)構(gòu)中，直接影響結(jié)構(gòu)的制造的質(zhì)量和使用性能。（1） 焊接應(yīng)力對結(jié)構(gòu)制造和使用的危害。焊接應(yīng)力達(dá)到一定的水平后，在其他因素的共同作用下，引起熱裂紋 冷裂紋和層間撕裂，造成返修降低制造質(zhì)量。因此對于高強(qiáng)度鋼制容器，低溫容器，鋼性拘束很大的厚壁容器，有應(yīng)力腐蝕傾向以及尺寸精度或密封要求較高的結(jié)構(gòu)，焊后因做消除應(yīng)力熱處理（2） 減小焊接應(yīng)力在施焊過程中采用一些工藝措施來降低焊接應(yīng)力，不僅可以避免焊接裂紋產(chǎn)生，