焊接殘余變形PPT課件

1、撓曲變形第1頁/共55頁角變形 波浪變形：薄板易發(fā)生第2頁/共55頁錯(cuò)邊變形：長度方向和厚度方向螺旋形變形第3頁/共55頁焊接變形影響結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確、美觀可能降低結(jié)構(gòu)承載能力（附加彎曲應(yīng)力）第4頁/共55頁焊接變形可能降低結(jié)構(gòu)承載能力舉例二第5頁/共55頁二、縱向收縮變形以及它引起的撓曲變形dFPpFpf假想力FdFLFELPLpFpf縱向收縮量產(chǎn)生原因：焊縫及其附近區(qū)域在焊接高溫的作用下產(chǎn)生縱向的壓縮塑性變形，焊件冷卻后這個(gè)區(qū)域要收縮，于是引起縱向收縮變形。第6頁/共55頁假想力作用在塑性變形區(qū)上第7頁/共55頁焊件縱向收縮的影響因素 縱向收縮變形量一般隨長度的增加而增加； 焊件的截面積越大

2、，焊件的縱向收縮量越小； 縱向收縮變形量還取決于材料的彈性模量、壓縮塑性變形區(qū)的面積和壓縮塑性變形量等。影響壓縮塑性變形量的因素？ 壓縮塑性變形量與縱向收縮變形量成正比； 其大小與焊接方法、焊接參數(shù)、焊接順序以及母材的熱物理性質(zhì)有關(guān)， 其中以熱輸入影響最大。 一般情況下，壓縮塑性變形量與熱輸入成正比。 第8頁/共55頁線能量對焊接縱向變形的影響:多層焊與單層焊但多層焊所引起的總變形量并不等于各層焊縫之和，因?yàn)楦鲗铀a(chǎn)生的塑性變形區(qū)面積是相互重疊的。 多層焊時(shí)每層焊縫所產(chǎn)生的壓縮塑性變形區(qū)面積比單層焊時(shí)小。第9頁/共55頁原始溫度對焊件縱向收縮的影響 一般來說，焊件的原始溫度提高，相當(dāng)于熱輸入增

3、大，焊后縱向收縮量增大。 但是，當(dāng)原始溫度高到某一程度，可能會(huì)出現(xiàn)相反的情況：因?yàn)殡S著原始溫度的提高，焊件上的溫差減小溫差減小，溫度趨于均勻化均勻化，壓縮塑性變形率下降，可使壓縮塑性變形量減小，從而使縱向收縮量減小。 焊件材料的線膨脹系數(shù)的影響 線膨脹系數(shù)大的材料，焊后縱向收縮量大，如不銹鋼和鋁比碳鋼焊件的收縮量大等。第10頁/共55頁細(xì)長構(gòu)件縱向收縮量的經(jīng)驗(yàn)公式估算:單層焊的縱向收縮量為焊縫截面積，取值見表其中HHFkFLFkL1211多層焊的縱向收縮量為多層焊層數(shù)其中nnkFLFkkLsH ,851212兩面角焊縫丁字接頭 再乘以系數(shù)1.151.40第11頁/共55頁鋼制構(gòu)件的撓度估算單道

4、焊縫引起的撓度:距離為焊縫到構(gòu)件中性軸的見表ekcmILeFkfH1,-2)(8121多層焊和雙面角焊縫引起的撓度:)(8212cmILeFkkfH第12頁/共55頁第13頁/共55頁三、橫向收縮變形及其產(chǎn)生的撓曲變形在熱源附近的金屬受熱膨脹，受周圍較冷金屬的約束而承受壓應(yīng)力，在板寬方向上產(chǎn)生壓縮塑性變形，并使其厚度增加，結(jié)果表現(xiàn)為橫向收縮。產(chǎn)生橫向收縮變形的過程比較復(fù)雜，影響因素很多，如熱輸入、接頭形式、裝配間隙、板厚、焊接方法以及焊件的剛性等，其中以熱輸入、裝配間隙、接頭形式等影響最為明顯。第14頁/共55頁堆焊及角焊縫角焊縫的橫向收縮要比對接焊縫的橫向收縮小得多。同樣的焊縫尺寸，板越厚，

5、橫向收縮變形越小。角焊縫的橫向收縮第15頁/共55頁橫向收縮變形的影響因素 不管何種接頭形式，其橫向收縮變形量總是隨焊接熱輸入增大而增加。 裝配間隙對橫向收縮變形量的影響也比較大，且情況復(fù)雜：一般來說，隨著裝配間隙的增大，橫向收縮也增加。 另外，橫向收縮量沿焊縫長度方向分布是不均勻的：因?yàn)橄群傅暮缚p冷卻收縮對后焊的焊縫有一定擠壓作用，使后焊的焊縫橫向收縮量更大一般來說，焊縫的橫向收縮沿焊接方向是由小到大，逐漸增大到一定長度后便趨于穩(wěn)定;由于這個(gè)原因，生產(chǎn)中常將一條焊縫的兩端頭間隙取不同值，后半部分比前半部分要大13mm。 橫向收縮的大小還與裝配后定位焊和裝夾情況有關(guān)：定位焊焊縫越長，裝夾的拘束

6、程度越大，橫向收縮變形量就越小。第16頁/共55頁橫向收縮變形與線能量和板厚的關(guān)系第17頁/共55頁橫向收縮在焊縫長度方向上的分布第18頁/共55頁對接接頭留有間隙的平板對接焊的橫向變形不留間隙的平板對接焊的橫向變形第19頁/共55頁對接接頭的橫向收縮量 對接接頭的橫向收縮量隨焊縫金屬量焊縫金屬量的增加而增大； 熱輸入、板厚和坡口角度熱輸入、板厚和坡口角度增大，橫向收縮量也增加，但是板厚的增大板厚的增大會(huì)使接頭的剛度增大，可以限制焊縫的橫向收縮，使橫向收縮量減少。 多層焊時(shí)，先焊的焊道引起的橫向收縮較明顯，后焊焊道引起的橫向收縮量逐層減小。 焊接方法焊接方法對橫向收縮量也有影響：如相同尺寸的構(gòu)

7、件，采用埋弧自動(dòng)焊比采用焊條電弧焊時(shí)橫向收縮量?。粴夂傅臋M向收縮量比電弧焊的大。第20頁/共55頁沿焊縫縱向熱變形對橫向變形的影響第21頁/共55頁四、角變形產(chǎn)生原因：橫向收縮在厚度方向上的不均勻分布平板堆焊時(shí)，在鋼板厚度方向上的溫度分布是不均勻的:溫度高的一面受熱膨脹較大，另一面膨脹小甚至不膨脹。（1）平板堆焊的角變形由于焊接面膨脹受阻，出現(xiàn)較大的壓縮塑性變形，這樣，冷卻時(shí)在鋼板厚度方向上產(chǎn)生收縮不均勻的現(xiàn)象，焊接一面收縮大，另一面收縮小，所以產(chǎn)生角變形。第22頁/共55頁（1）平板堆焊的角變形第23頁/共55頁第24頁/共55頁第25頁/共55頁 角變形的大小與焊接熱輸入、板厚等因素有關(guān)，

8、當(dāng)然也與焊件的剛性有關(guān)。 當(dāng)熱輸入一定，板厚越大，厚度方向上的溫差越大，角變形增加； 但當(dāng)板厚增大到一定程度，此時(shí)構(gòu)件的剛性增大，抵抗變形的能力增強(qiáng)，角變形反而減小。 板厚一定時(shí)，熱輸入增大，壓縮塑性變形量增加，角變形增加； 但熱輸入增大到一定程度，堆焊面與背面的溫差減小，角變形反而減小。（1）平板堆焊的角變形的影響因素第26頁/共55頁對接接頭的角變形第27頁/共55頁對接焊層數(shù)與角變形的關(guān)系第28頁/共55頁（2）對接接頭的角變形 對接接頭的角變形主要與坡口形式、坡口角度、焊接層數(shù)、焊接順序等有關(guān)。 坡口截面不對稱的焊縫，其角變形大，因而用X形坡口代替V形坡口，有利于減小角變形； 坡口角度

9、越大，焊縫橫向收縮沿板厚分布越不均勻，角變形越大。 同樣板厚和坡口形式下，多層焊比單層焊角變形大，多層多道焊比多層焊角變形大。 另外，坡口截面對稱，采用不同的焊接順序，產(chǎn)生的角變形大小也不相同，X形坡口對接接頭，先焊完一面后翻轉(zhuǎn)再焊另一面，焊第二面時(shí)，焊件剛性增加，焊接時(shí)所產(chǎn)生的角變形小于第一面產(chǎn)生的角變形，最終產(chǎn)生一定的殘余角變形。第29頁/共55頁對接多層焊防止角變形方法先在一面少焊幾層，然后翻轉(zhuǎn)過來焊滿另一面，使其產(chǎn)生的角變形稍大于先焊的一面，最后再翻轉(zhuǎn)過來焊滿第一面，這樣就能以最少的翻轉(zhuǎn)次數(shù)來獲得最小的角變形?；颍簯?yīng)先焊焊接量少的一面，后焊焊接量多的一面，并且注意每一層的焊接方向應(yīng)相反

10、。第30頁/共55頁圖2-10 角變形與焊接順序的關(guān)系a)對稱坡口非對稱焊 b)對稱坡口對稱交替焊c)對稱坡口非對稱焊 d)非對稱坡口非對稱焊薄板焊接時(shí)，正反面的溫差小，且薄板的剛度小，焊接過程中，在壓應(yīng)力作用下易產(chǎn)生失穩(wěn)，使角變形方向不定，沒有明顯規(guī)律性。第31頁/共55頁（3）T形接頭角變形 T形接頭的角變形: 可以看成是由立板相對于水平板的回轉(zhuǎn)， 與水平板本身的角變形兩部分組成，第32頁/共55頁 T形接頭不開坡口焊接時(shí)，其立板相對于水平板的回轉(zhuǎn)相當(dāng)于坡口角度為90的對接接頭角變形，如圖2-11 b所示； 水平板本身的角變形相當(dāng)于水平板上堆焊引起的角變形，如圖2-11 c所示。 這兩種角

11、變形綜合的結(jié)果，使T形接頭兩板間的角度發(fā)生如圖2-11 d所示的變化。第33頁/共55頁如何減小T形接頭角變形 為了減小T形接頭角變形： 一方面可以通過開坡口來減小立板與水平板間的焊縫夾角，減小值； 另一方面還可以通過減小焊腳尺寸來減少焊縫金屬量，降低值。第34頁/共55頁丁字接頭的角變形第35頁/共55頁第36頁/共55頁五、波浪變形產(chǎn)生原因：受壓部位失穩(wěn)第37頁/共55頁螺旋形變形第38頁/共55頁八、預(yù)防焊接變形的措施設(shè)計(jì)措施1.合理選擇焊縫尺寸和形式開坡口的好處:減小變形節(jié)省人力物力第39頁/共55頁減小焊接變形措施:坡口選取第40頁/共55頁設(shè)計(jì)措施之二2.減少不必要的焊縫第41頁/共55頁設(shè)計(jì)措施之三3.合理安排焊縫位置焊縫盡量對稱于中性軸或靠近中性軸第42頁/共55頁工藝措施1.反變形法第43頁/共55頁第44頁/共55頁2.剛性固定法第45頁/共55頁第46頁/共55頁3.合理選擇焊接方法和焊接規(guī)范第47頁/共55頁第48頁/共55頁第49頁/共55頁