焊工工藝學-第六章-焊接應力與變形分析第一頁，共43頁。§6-1焊接應力與變形的形成第二頁，共43頁。一、焊接應力與焊接變形焊接構件由焊接而產生的內應力叫焊接應力，焊后殘留在焊件內的焊接應力叫焊接殘余應力。物體在受到外力的作用時，會出現形狀、尺寸的變化，稱為物體的變形。焊件由焊接產生的變形叫焊接變形，焊后焊件殘留的變形叫焊接殘余變形。焊接應力與變形及其減少和防止措施第三頁，共43頁。二、焊接應力與變形產生的原因1.均勻加熱引起應力與變形的原因焊接應力和變形產生過程示意圖ａ)鋼桿自由伸縮ｂ)鋼桿加熱時的變形ｃ)鋼桿冷卻后的變形第四頁，共43頁。2.焊接過程引起應力與變形的原因平板對接焊時的焊接應力與變形ａ)原始狀態(tài)ｂ)ｃ)加熱過程ｄ)ｅ)冷卻以后表示拉應力表示壓應力第五頁，共43頁。§6-2焊接殘余變形第六頁，共43頁。一、焊接殘余變形的分類ａ)收縮變形ｂ)角變形ｃ)彎曲變形ｄ)波浪變形第七頁，共43頁。ｅ)扭曲變形ｆ)錯邊變形縱向和橫向收縮變形Δx—縱向收縮變形Δy—橫向收縮變形第八頁，共43頁。2.彎曲變形彎曲變形常見于焊接梁、柱、管道等焊件，對這類焊接結構的生產造成較大的危害。彎曲變形的大小以撓度f來度量，f是焊后焊件的中心偏離原焊件中心軸的最大距離。彎曲變形的撓度第九頁，共43頁。（1）由縱向收縮變形造成的彎曲變形由縱向收縮變形造成的彎曲變形第十頁，共43頁。（2）由橫向收縮變形造成的彎曲變形由橫向收縮變形造成的彎曲變形第十一頁，共43頁。3.角變形幾種焊接接頭的角變形ａ)對接接頭ｂ)Ｔ形接頭ｃ)堆焊第十二頁，共43頁。4.波浪變形薄板焊接的波浪變形第十三頁，共43頁。5.扭曲變形工字梁的扭曲變形ａ)焊前ｂ)焊后第十四頁，共43頁。6.錯邊變形錯邊變形ａ)長度方向的錯邊ｂ)厚度方向的錯邊第十五頁，共43頁。二、影響焊接殘余變形的因素1.焊縫在結構中的位置焊縫在結構上位置不對稱造成的彎曲變形ａ)單道焊縫的鋼管焊接ｂ)T形梁的焊接第十六頁，共43頁。2.焊接結構的剛度（1）結構抵抗拉伸的剛度主要決定于結構截面積的大小。（2）結構抵抗彎曲的剛度主要看結構截面的形狀和尺寸大小。幾種梁的截面形狀第十七頁，共43頁。（3）結構抵抗扭曲的剛度除了決定于結構的尺寸大小外，最主要的是結構截面形狀。一般來說，短而粗的焊接結構，剛度較大；細而長的構件，抗彎剛度小。結構整體剛度總是比部件剛度大。因此，生產中常采用整體裝配后再進行焊接的方法來減少焊接變形。第十八頁，共43頁。3.焊接結構的裝配及焊接順序工字梁的裝配順序和焊接順序ａ)工字梁的結構形式ｂ)邊裝邊焊順序ｃ)總裝后再焊接順序1—下蓋板2—腹板3—上蓋板第十九頁，共43頁。雙Y形坡口對接接頭的角變形ａ)合理的焊接順序ｂ)不合理的焊接順序第二十頁，共43頁。4.其他因素（1）結構材料的線膨脹系數（2）焊接方法（3）焊接參數（4）焊接方向（5）焊接坡口形式第二十一頁，共43頁。三、控制焊接殘余變形的措施1.采用合理的裝配焊接順序（1）對稱焊縫采用對稱焊接法圓筒體環(huán)形焊縫對稱焊接順序第二十二頁，共43頁。（2）不對稱焊縫先焊焊縫少的一側壓型上模及其焊接順序第二十三頁，共43頁。（3）采用不同的焊接順序控制焊接變形長焊縫的幾種焊接順序ａ)分段退焊法ｂ)分中分段退焊法ｃ)跳焊法ｄ)交替焊法ｅ)分中對稱焊法第二十四頁，共43頁。2.反變形法鍋爐汽包的反變形法焊接ａ)汽包非反變形法焊接的焊后變形ｂ)汽包反變形法焊接翻轉胎具ｃ)管座的跳焊順序第二十五頁，共43頁。Y形坡口對接的反變形法焊接a)產生角變形b)采取反變形法第二十六頁，共43頁。3.剛度固定法薄板焊接的剛度固定法１—壓鐵２—焊件３—平臺防護罩用臨時支撐的剛度固定１—臨時支撐２—底平板３—立板４—圓周法蘭盤剛度固定防止法蘭角變形第二十七頁，共43頁。4.散熱法散熱法示意圖ａ)噴水散熱ｂ)浸入水中散熱ｃ)水冷銅塊散熱１—焊炬２—焊件３—噴水管４—水冷銅塊第二十八頁，共43頁。5.熱平衡法采用熱平衡法防止焊接變形第二十九頁，共43頁。四、殘余變形的矯正1.機械矯正法工字梁焊后變形的機械矯正ａ)拱曲焊件ｂ)用拉緊器拉ｃ)用壓頭壓ｄ)用千斤頂頂第三十頁，共43頁。2.火焰矯正法火焰矯正法的加熱方式ａ)點狀加熱ｂ)線狀加熱ｃ)三角形加熱第三十一頁，共43頁。（1）點狀加熱矯正火焰加熱的區(qū)域為一個點或多個點，加熱點直徑一般小于15mm。（2）線狀加熱矯正水火矯正第三十二頁，共43頁。（3）三角形加熱矯正火焰矯正法實例ａ)點狀加熱矯正ｂ)線狀加熱矯正ｃ)三角形加熱矯正第三十三頁，共43頁?！?-3焊接殘余應力第三十四頁，共43頁。一、焊接殘余應力的分類1.按引起應力的基本原因分類（1）熱應力（2）相變應力（3）拘束應力2.按應力的作用方向分類（1）縱向應力（2）橫向應力3.按應力在空間的方向分類（1）單向應力（2）雙向應力（3）三向應力第三十五頁，共43頁。二、控制焊接殘余應力的措施1.選擇合理的焊接順序（1）盡可能考慮焊縫能自由收縮大型容器底部拼接的焊接順序第三十六頁，共43頁。（2）先焊收縮量最大的焊縫帶蓋板的雙工字梁結構焊接順序１—對接焊縫２—角焊縫第三十七頁，共43頁。（3）平面交叉焊縫的焊接順序第三十八頁，共43頁。2.選擇合理的焊接參數焊接時應盡量采用小的焊接熱輸入，選用小直徑焊條、較小的焊接電流和快速焊等。3.采用預熱法預熱法是指在焊前對焊件的全部（或局部）進行加熱的工藝措施，一般預熱的溫度在150

~350℃之間。第三十九頁，共43頁。4.加熱減應區(qū)法加熱減應區(qū)法應用示意圖ａ)框架斷口焊接ｂ)輪輻斷口焊接ｃ)輪緣斷口焊接第四十頁，共43頁。5.錘擊法焊縫區(qū)金屬由于在冷卻收縮時受阻而產生拉伸