焊接残余应力和焊接变形视频在线视频

　　同学们好

今天我们学习焊接残余应力和焊接变形

焊接变形和焊接残余应力

在一个焊接结构中

是焊缝局部收缩的二种表现

如果在焊接过程当中

工件能够自由伸缩

则焊后工件变形较大

而残余应力却较小

如果工件不能够自由伸缩

则焊接后工件变形较小

但残余应力很大

　　我们先来了解一下焊接变形

它主要表现为

收缩 转角 弯曲 波浪和扭曲

这种变形是收缩

因为焊缝金属

是焊条在熔化状态下敷焊到工件上的

冷却后它的收缩量较其它区域要大得多

这种变形是转角

这是由于焊缝断面近似为三角形造成的

焊缝根部为三角形的顶

表面为底

可以认为顶的线收缩为零

底的线收缩量与底的长度成正比

这样焊缝表面的宽度冷却后缩短

根部并不会缩短那么多

所以对接焊后会翘起一定角度

T形焊后总是倒向焊缝一侧

这种变形是弯曲

它是由于焊缝在结构上分布不对称造成的

焊缝数量越多

焊缝越不对称

则弯曲更厉害

这种变形是波浪

这是由于薄板上焊缝收缩量

大于丧失稳定的临界压缩变形量造成的

这种变形是扭曲

这是若干种变形综合作用的结果

从刚才变形分类来看

这些焊接变形

最直接的危害就是降低结构的精度

石油化工厂的容器 设备 构架尺寸都非常大

如果发生整体变形很难矫正

因此在制定焊接工艺的时候

要充分考虑到可能产生的变形

并采取措施对变形进行控制

控制焊接变形的措施

主要有设计措施和工艺措施

设计上如果考虑得比较周到

注意减少焊接变形

能够比单纯通过工艺措施

更有效地控制焊接变形

先从设计方面来看

一 是合理选择焊件的尺寸

因为焊件的长度 宽度和厚度等

对焊接变形有明显影响

以角焊缝为例

板厚对角焊缝的影响很大

比如说钢9mm 铝7mm的时候

角变形最大的

薄板结构焊接时候

产生较大的波浪变形

焊细长结构时

会有弯曲变形

二 是合理选择焊缝尺寸和坡口形式

焊缝尺寸大

焊接工件量也大

填充金属消耗多

焊接变形也大

所以在设计焊缝时

在保证强度前提下用小焊缝尺寸

从坡口的形式和尺寸两方面

来控制有利于控制变形

例如Y型坡口的对接接头角变形

明显小于V形坡口对接接头的角变形

三 是尽量减少不必要的焊缝

焊接应该力求焊缝数量最少

四 是合理安排焊缝位置

　焊缝对称布置在很大程度上

取决于结构设计的对称性

所以设计时力求使结构对称

再来看工艺方面

第一个是反变形法

它是通过焊前估算结构变形的大小和方向

然后在装配时给予一个相反方向的变形量

使之与焊后构件的焊接变形相互抵消

达到设计要求

这是自由反变形

这是塑性反变形

这是弹性反变形

这是刚性固定法

这个方法在没有反变形的条件下

将焊件加以固定

采用强制的手段来减小焊后的变形

这种方法一定程度上减小变形

效果不及反变形法

但用这种方法防止角变形

波浪变形效果非常好

薄板焊接时候常用这种方法

第三个方法

合理选择焊接方法及焊接规范

　　一起来看这个结构

需要焊1 2 3 4

四条焊缝

从图上看

中性轴距1 2较远

距3 4较近

如采用相同的焊接规范焊接

则1 2焊缝引起的挠曲变形

要大于3 4的变形

二者不能抵消

所以把1 2适当分层焊接

每层要用较小热输入

则可以控制焊接变形

第四 采用合理的装配焊接顺序

举个例子

这是一个加盖板的工字钢

令盖板和槽钢的焊缝标记为1

隔板和盖板的焊缝标记为2

隔板和槽钢的焊缝标记为3

可以采用三种方案可进行焊接

方案一

先把隔板与槽钢装配在一起

焊接角焊缝3

角焊缝3

大部分在槽钢的中性轴以下

它的横向收缩产生上挠度f3

再将盖板与槽钢装配起来

焊接角焊缝1

角焊缝1在构件断面的中性轴以下

它纵向收缩引起上挠度f1

最后焊接角焊缝2

角焊缝2也位于断面的中性轴以下

它的横向收缩产生上挠度f2

构件最终的挠曲变形为f1+f2+f3

方案二

先焊焊缝1 再焊焊缝2 再焊焊缝3

同理分析最终的挠度为f1+f2-f/3

方案三

先焊焊缝2 再焊焊缝1 最后焊焊缝3

同理分析最终的挠度为f1-f/3

比较三种方案

最后变形结果方案一最大

方案三最小

所以说

不同的装配焊接顺序会导致不同的变形结果

当大概了解焊接变形

下面我们再来关注焊接残余应力

焊接残余应力产生的原因

是焊缝及其近邻区金属冷却收缩受阻

称之它为温度应力

它是由不均匀加热所导致的

焊接残余应力是一个局部效应

它在焊缝两侧

大概200－300mm以外就可以忽略了

拉伸应力会降低材料的塑性

所以它是焊件产生裂纹和脆断的因素之一

为了降低残余应力的影响

焊接时要注意防止焊接残余应力的产生

在防止变形的措施当中

凡不是限制变形的方法对防止应力都是有效的

但限制变形的方法则对防止应力是有害的

所以常用消除和减少残余应力的方法有五种

第一 是选择合理的焊接顺序

原则一 尽量考虑焊缝能自由收缩

对于大型焊接结构来说

焊接应从中间向四周推进

只有这样

才能使焊缝由中间向外依次的收缩

减少焊接应力

原则二 收缩最大的焊缝应当先焊

先焊的焊缝受阻较小

所以焊后残余应力小

收缩最大的焊缝容易产生较大的残余应力

因此构件上收缩最大的焊缝

先焊就可以减少焊接应力

原则三 焊接平面交叉焊缝的时候

应先焊横向焊缝

在焊缝的交叉点会产生较大的残余应力

二 是选择合理的焊接规范

焊接时根据焊接结构的具体情况

应尽可能采用较小的焊接规范

也就是采用小直径小电流

以减少焊件受热范围

从而减少残余应力

三 是预热法

指的是焊前的构件整体进行加热

一般加热到150—350度

四 加热“减应区”法

在构件的适当部位进行加热

使之伸长

　　那什么是“减应区”呢

加热这些部位以后

再焊原来刚性很大的焊缝时

焊接应力可大大减小

这个加热区就是“减应区”

这种方法是减少焊接区

与构件上阻碍焊接区自由收缩的部位

“减应区”之间的温度差

使之尽量均匀冷却和收缩

以减少内应力

五 敲击法

这是工人总结出来的方法

是应用反向变形抵消了部分变形的原理

焊后冷却过程中

用手锤敲击焊缝金属

使焊缝金属产生塑性变形

则可抵消一些焊缝收缩

起到减小残余应力的作用

请注意的是

这里是“敲”击而不是“锤”击

否则焊缝表面不美观

讨论了这么多如何防止

和减小焊接残余应力的方法

那焊接残余应力

如果不可避免产生了

该如何消除它呢

其实完全防止残余应力是很困难的

但消除残余应力的方法在原理上却很简单

只要将工件加热到适当的温度

内应力就可消除

用焊缝局部加热的方法来减少焊接残余应力

在生产当上已经使用地非常广泛

关于焊接变形和焊接残余应力

是焊接结构学当中重要内容

大家可以课后多多查阅资料

认真理解和掌握