焊接應(yīng)力與變形

根據(jù)焊接應(yīng)力產(chǎn)生時期的不同，可把焊接應(yīng)力分為焊接瞬時應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。焊接瞬時應(yīng)力是焊接時隨溫度變化而變化的應(yīng)力；焊接殘余應(yīng)力則是被焊工件冷卻到初始溫度后所殘留的應(yīng)力。根據(jù)焊接應(yīng)力在被焊工件中的方位不同，可將焊接應(yīng)力分為縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力和厚向應(yīng)力。實際上，焊接應(yīng)力都是三維應(yīng)力，但對于薄板，厚向應(yīng)力相對較小，可按二維應(yīng)力處理。焊接過程中被焊工件受到不均勻溫度場的作用而產(chǎn)生的形狀、尺寸變化稱為焊接變形。隨溫度變化而變化的稱為焊接瞬時變形；被焊工件完全冷卻到初始溫度時的改變，稱為焊接殘余變形。焊接變形有7種形式（見圖）。①縱向收縮變形：沿焊縫長度方向的收縮。②橫向收縮變形：垂直于焊縫方向的橫向收縮。③角變形：繞焊縫軸線的角位移。④撓曲變形：構(gòu)件中性軸上下不對稱的收縮引起的彎曲變形。⑤失穩(wěn)變形：薄壁結(jié)構(gòu)在焊接殘余壓應(yīng)力的作用下，局部失穩(wěn)而產(chǎn)生的波浪形。⑥錯邊變形：焊接邊緣在焊接過程中，因膨脹不一致而產(chǎn)生的厚度方向的錯邊。⑦扭曲變形：由于裝配不良、施焊程序不合理而使焊縫的縱向、橫向收縮沒有規(guī)律所引起的變形。一般說來，焊接殘余應(yīng)力和變形都是有害的：①使結(jié)構(gòu)材料處于脆性狀態(tài)，降低靜載強度。②引起失穩(wěn)斷裂應(yīng)力下降。③使被焊工件的疲勞強度降低。④對應(yīng)力腐蝕開裂和氫致開裂有明顯影響。⑤焊接殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力相疊加，使焊接構(gòu)件局部先期屈服，降低焊接構(gòu)件的剛性。⑥焊接殘余應(yīng)力具有時效特點，對焊接結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性和機加工精度產(chǎn)生影響。焊接殘余變形的不良影響有：降低焊接結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸精度；在外載荷作用下引起應(yīng)力集中和附加應(yīng)力，降低結(jié)構(gòu)的承載能力；損害焊接結(jié)構(gòu)的美觀。為了減小和調(diào)節(jié)焊接殘余應(yīng)力，在設(shè)計上，應(yīng)盡量減小焊縫的數(shù)量和尺寸；避免焊縫布置過分集中；避免三軸交叉焊縫；采用剛性較小的接頭形式；盡量避免將焊縫布置在工作應(yīng)力最大的區(qū)域；在殘余拉應(yīng)力區(qū)域內(nèi)避免幾何不連續(xù)性引起內(nèi)應(yīng)力的進一步增高。在工藝上，應(yīng)采取合理的焊接順序和方向，先焊接工作時受力大、收縮量大的焊縫，盡量使焊縫收縮比較自由，后焊直通的長焊縫；采用反變形，降低接頭的剛度；及時錘擊焊縫；在適當(dāng)部位進行局部加熱。焊后消除焊接殘余應(yīng)力的常用方法有整體高溫回火，還有局部高溫加火、機械拉伸法、溫差拉伸法、振動法、爆炸法等。防止焊接變形的措施有：①設(shè)計上盡可能減少焊縫數(shù)量，選擇合理的焊縫尺寸和形狀，合理選擇結(jié)構(gòu)形式和安排焊縫位置。②在工藝上，采用高能量密度的焊接方法和小線能量的工藝參量；焊接不對稱的焊件時，通過選擇不同的焊接參數(shù)，控制和調(diào)節(jié)焊件的彎曲變形；選擇合理的裝配、焊接順序；采用反變形和剛性固定措施；采用預(yù)拉伸法防止薄板焊接變形等。焊接變形常采用機械方法矯正。對于由長而規(guī)則的對接焊縫引起的薄板殼結(jié)構(gòu)的變形，用鋼輪碾壓焊縫及其兩側(cè)，可獲得良好的矯正效果。利用局部加熱產(chǎn)生壓縮塑性變形區(qū)，使較長的焊件在冷卻后收縮的火焰矯正法，具有機動性強、設(shè)備簡單的優(yōu)點，得到廣泛采用。 2100433B

焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。當(dāng)焊接引起的不均勻溫度場尚未消失時，焊件中的這種應(yīng)力和變形稱為瞬態(tài)焊接應(yīng)力和變形；焊接溫度場消失后的應(yīng)力和變形稱為殘余焊接應(yīng)力和變形。在沒有外力作用的條件下，焊接應(yīng)力在焊件內(nèi)部是平衡的。焊接應(yīng)力和變形在一定條件下會影響焊件的功能和外觀，因此是設(shè)計和制造中必須考慮的問題。

《焊接應(yīng)力、變形的控制工藝與操作技巧》為《焊接應(yīng)力、變形的控制工藝與操作技巧》，全書共分八章，分別介紹了焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生原因和規(guī)律、焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計、合理選擇裝配與焊接程序、焊接變形的估算及反變形法的實施以及其他焊接變形控制工藝、典型結(jié)構(gòu)的裝配與焊接、焊后殘余變形的矯正和焊接殘余應(yīng)力的防止與消除等內(nèi)容。其中第二至第七章重點介紹焊接變形的減小與消除工藝與措施，第八章重點介紹焊接應(yīng)力的防止與消除。《焊接應(yīng)力、變形的控制工藝與操作技巧》采取工藝與操作相結(jié)合的形式，簡明扼要地介紹生產(chǎn)中焊接應(yīng)力、變形的控制工藝與操作技巧，并配以大量實例及圖示，以利于讀者更好地學(xué)習(xí)吸收，并從中得到啟發(fā)，從而能在實際生產(chǎn)中起到借鑒作用。

第一章 焊接應(yīng)力、變形概述

第一節(jié) 焊接熱過程

一、焊接溫度場

二、影響焊接溫度場的因素

三、焊接熱循環(huán)的概念

第二節(jié) 焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因

一、焊接應(yīng)力的一般概念

二、均勻加熱時引起應(yīng)力與變形的原因

三、不均勻加熱及焊接熱過程引起應(yīng)力與變形

四、組織應(yīng)力簡述

第三節(jié) 焊接變形的種類及分布

一、焊接接頭的橫向收縮

二、焊接接頭縱向變形

三、角變形

四、由縱向收縮引起的彎曲變形

五、壓曲變形

六、典型焊接接頭的殘余應(yīng)力分布

第二章 焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計

第一節(jié) 焊接結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)強度

一、焊接結(jié)構(gòu)的特點

二、典型焊接結(jié)構(gòu)

三、焊接結(jié)構(gòu)強度

第二節(jié) 合理選擇焊縫形式和尺寸

一、焊縫尺寸

二、坡口形式

第三節(jié) 合理安排焊縫的數(shù)量和位置

第三章 合理選擇裝配與焊接程序

第一節(jié) 裝配與焊接用夾具

一、概述

二、支承件及其使用

三、定位器及其使用

四、夾緊器及其使用

第二節(jié) 合理選擇焊接方法與焊接規(guī)范

第三節(jié) 選擇合理的裝配焊接順序

一、裝配的原理

二、裝配方法

三、結(jié)構(gòu)的裝焊過程

四、裝配焊接順序

五、合理的焊接方向

第四章 反變形法

第一節(jié) 焊接變形的估算

一、對接接頭橫向收縮變形的估算

二、角焊縫的橫向收縮量的估算

三、縱向收縮變形的估算

四、角變形的估算

五、縱向彎曲變形的估算

第二節(jié) 操作實例與技巧

一、工字梁蓋板的塑性反變形

二、鍋爐集箱的彈性反變形

三、煉鋼爐爐柱的彈性反變形

第五章 其他控制焊接變形方法

第一節(jié) 剛性固定法

一、固定在剛性平臺上

二、組合成更大的結(jié)構(gòu)

三、利用焊接夾具

四、臨時支撐或加強梁

第二節(jié) 預(yù)熱法

第三節(jié) 散熱法

第六章 典型構(gòu)件的裝配焊接

第一節(jié) T形梁的裝配焊接

第二節(jié) 工字梁的裝配焊接

第三節(jié) 箱形梁的裝配焊接

第四節(jié) 圓筒節(jié)的裝配焊接

第五節(jié) 管道的裝配與焊接

第六節(jié) 球罐的裝配焊接

第七節(jié) 桁架的焊接

第八節(jié) 電動機底座的裝配焊接

第七章 焊后殘余變形的矯正

第一節(jié) 矯正變形的原理

第二節(jié) 機械矯正法

第三節(jié) 火焰加熱矯正法

一、火焰加熱矯正的方式

二、火焰加熱矯正的溫度

第四節(jié) 操作技巧與實例

一、波浪變形的火焰矯正

二、T形梁焊后變形的火焰矯正

三、翹曲變形的火焰矯正

四、圓筒體變形的矯正

五、鋼管彎曲的火焰矯正

六、轉(zhuǎn)爐風(fēng)管焊接變形的矯正

七、鋼板對接角變形的矯正

八、槽鋼局部彎曲變形的矯正

第八章 焊后殘余應(yīng)力的防止與消除

第一節(jié) 殘余應(yīng)力的測定

一、應(yīng)力釋放法

二、磁性法

三、×射線衍射法

四、云紋法

五、脆性涂層法

六、硬度法

七、無損電測法

第二節(jié) 減小殘余應(yīng)力的設(shè)計措施

一、減少焊縫的數(shù)量及尺寸

二、避免焊縫過分集中

三、采用剛度較小的接頭形式

四、避免應(yīng)力集中

第三節(jié) 減小殘余應(yīng)力的工藝措施

一、選擇合理的焊接順序

二、保證焊縫自由收縮

三、開緩和槽減小應(yīng)力

四、采用冷焊

五、預(yù)熱法

六、加熱“減應(yīng)區(qū)

七、敲擊法

第四節(jié) 殘余應(yīng)力的消除

一、高溫回火

二、局部加熱低溫回火

三、超載法

四、振動時效

參考文獻2100433B