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焊接应力和焊接变形
发表时间:2009-12-21 22:11:46

   培训重点和要求
   1.熟悉焊接应力和焊接变形的概念及分类,了解焊接应力和焊接变形产生的原因。
   2.了解焊接残余变形对结构的影响,掌握控制焊接残余变形的措施,熟悉焊接残余变形的矫正方法;
   2.了解焊接应力对结构的影响,掌握控制焊接残余应为的措施,熟悉消除焊接残余应力的方法。
   第一节 焊接应力和变形产生的原因及形式
   一、焊接应力和焊接变形产生的原因
   在焊接过程中,由于焊件受到局部的、不均匀的加热和冷却,焊接接头各部位金属的热胀冷缩程度不同。在焊缝及其附近金属的温度较高,会发生较大的膨胀,但同时又受到周围低温金属的约束,因此在焊接过程中,焊缝及其附近的金属受到压应力而周围温度较低的金属受到拉应力。随着温度的升高,焊接高温区的金属所受的压应力会超过材料的屈服点而产生塑性变形。在焊缝金属冷却收缩时,产生压缩塑性变形的部分发生小于原来尺寸的收缩,使焊件产生横向或纵向的缩短,引起焊后材料的各种变形。而发生缩短变形的金属要受到周围温度低、塑性变形小的金属约束,阻碍其缩短,使焊缝及其极附近的金属受拉,而周围的金属受压。
   因此,焊接过程中对焊件局部的、不均匀的加热是产生焊接应力和变形的根本原因。由于焊件是一个整体,各部分相互联系,相互制约,在焊缝及其附近金属的收缩使焊件产
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生了各种不均匀的塑性变形,而焊件体积的变化受到周围没有发生组织转变的金属约束,从而在焊接接头内产生了焊接组织应力。
   二,焊接变形和应力的形式
   1.焊接变形的分类
   焊接变形是指焊接后残存在结构中的变形。大致可以分为七类:
   (1)纵向收缩变形 焊件在焊后沿焊缝方向发生收缩,如图8-1中丛所示。一般来说,纵向收缩随焊缝长度的增加而增加,母材线胀系数大,焊后焊件的纵向收缩量也大。

   (2)横向收缩变形 焊件在焊后沿垂直焊缝方向发生收缩,如图8—1中A召所示。缩短量与许多因素有关,例如焊接接头的横向收缩量随板厚的增加而增大,在板厚相同时,焊缝的横截面面积越大,横向收缩量越大;对接焊缝的横向收缩比角焊缝大,连续焊缝比间断焊缝的横向收缩量大,多层焊时,第一层焊缝收缩量最大,而在同一条焊缝中,最后焊的部分横向收缩量最大。另外,横向收缩量还受到材料的热导率和热膨胀系数等的影响,如铝合金的热导率和热膨胀系数比钢大,对应的横向收缩量也大。
   (3)挠曲变形 焊件在焊后发生挠曲,如图8—2所示。焊缝的纵向收缩和横向收缩都会造成挠曲变形,常见于焊接梁、柱、管道等的焊接。

   挠曲变形主要是由于构件上的焊缝布置不对称或焊件断面形状不对称,焊缝收缩引起的变形。挠曲变形的程度以挠度来度量,挠度越大,对应的挠曲变形就越大;挠度越小,挠曲变形越小。
   (4)角变形 焊件在焊后离开原来的位置,绕焊缝产生的角位移,常见的角变形如图8—3所示。在堆焊、对接、搭接和丁字的焊接时,往往会产生角变形。角变形是由横向收缩变形在焊缝厚度方向分布不均匀引起的,焊缝的正面变形大,背面变形小,从而造成了焊接构件平面的偏转。
 

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