焊接應(yīng)力變形的控制

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1、1焊接應(yīng)力與變形控制21.1特點21.2焊接應(yīng)力與變形的危害71.3焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生原因81.4焊接應(yīng)力與變形的控制原理91.5應(yīng)力的控制措施111.6變形的控制措施111.7焊接應(yīng)力與變形控制措施121.7.1焊前措施131.7.1.1設(shè)計措施131.7.1.2選材措施141.7.1.3焊接殘余應(yīng)力和變形值的估算151.7.1.4反變形法151.7.1.5焊接應(yīng)力和變形的數(shù)值分析與模擬191.7.1.6剛性固定231.7.1.7合理的裝配焊接順序241.7.1.8合理的焊接分段和焊接順序251.7.1.9合理的焊接方向311.7.1.10合理的熱輸入321

2、.7.1.11振動焊接351.7.2焊時措施391.7.2.1合理的焊縫尺寸391.7.2.2加熱補償391.7.2.3跟蹤監(jiān)控391.7.2.4錘擊法391.7.3焊后措施401.7.3.1加熱矯正法401.7.3.2機械矯正401.7.3.3混合矯正411.7.3.4焊后熱處理411.7.3.5振動時效41參考文獻44441焊接應(yīng)力與變形控制1.1特點由于焊件在焊接和冷卻過程中受熱和冷卻都不均勻，和焊縫在結(jié)構(gòu)上的位置和焊縫截面的不對稱，以及施焊順序和施焊方向不合適，在焊縫區(qū)域會產(chǎn)生不同的焊接應(yīng)力和變形。存在于焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，按其產(chǎn)生的原因和性質(zhì)大致可分為

3、熱應(yīng)力、拘束應(yīng)力、相變應(yīng)力、氫致應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力。焊件產(chǎn)生的焊接殘余變形主要包括尺寸收縮，如縱向收縮和橫向收縮，以及形狀變形如彎曲變形、角變形、扭曲變形和波浪變形等共六種。其中焊縫的縱向收縮變形和橫向收縮變形是基本的變形形式，在不同的焊件上，由于焊縫的數(shù)量和位置分布不同，這兩種變形又可表現(xiàn)為其它幾種不同形式的變形。內(nèi)應(yīng)力太大會導致焊接裂紋或?qū)娱g撕裂等。焊接變形超過允許偏差值，會影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度和外觀，并導致構(gòu)件的初彎曲、初扭曲、初偏心等，使受力時產(chǎn)生附加的彎矩、扭矩和變形，以及內(nèi)應(yīng)力的存在，會降低其強度和穩(wěn)定的承載力，將影響結(jié)構(gòu)的正常安全使用。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截

4、面復雜巨大、焊接工程量大、焊接變形不易控制。有些鋼構(gòu)件截面為非對稱組合截面，截面形式復雜巨大，板厚能達到80mm以上，其焊接變形控制沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可以借鑒，因此焊接變形與應(yīng)力控制是大型非線性彎曲箱型鋼結(jié)構(gòu)肋架構(gòu)件制作中的重點難點。鑒于鋼結(jié)構(gòu)由于具有強度高、結(jié)構(gòu)自重輕、構(gòu)件截面小、抗震性好、平面布置靈活、有效節(jié)約空間、質(zhì)量可靠，施工速度快、現(xiàn)場用工省，建設(shè)周期短等一些列優(yōu)點，其在建筑行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。但由于在焊接過程中易產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，然而由于焊接應(yīng)力和焊接變形的存在存苜先在加工過程中大量增加了加工制造物力和人力，同時使整個構(gòu)件喪失穩(wěn)定性。使框架系統(tǒng)承

5、載能力下降，從而使建筑安全使用性大為降低。故在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中應(yīng)制定合理有效控制焊接應(yīng)力和焊接變形措施，把焊接應(yīng)力和焊接變形程度降到最低．同時針對仍有超標部分的變形應(yīng)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)和變形量采用有效矯正方法進行矯正，以此保證整個工程使用安全性。引起焊接應(yīng)力與變形的主要因素及其內(nèi)在聯(lián)系44焊接箱形桿件的內(nèi)應(yīng)力分布不同焊接方向?qū)M向應(yīng)力分布的影響44厚板V形坡口多層焊時沿厚度上的應(yīng)力分布a)σz在厚度上的分布b)σx在厚度上的分布c)σy在厚度上的分布25mm厚低碳鋼板多層對接焊的殘余應(yīng)力沿板厚方向的分布實測結(jié)果44焊接殘余變形的分類；（1）縱向收縮變形；2）橫向收縮

6、變形；3）撓曲變形。4）角變形；5）波浪變形；6）錯邊變形。7）螺旋形變形。2變形種類焊接變形的種類很多，與構(gòu)件形狀和尺寸，焊接方法和順序，約束情況等很多因素有關(guān)。常見焊接變形主要分為以下幾大類：①橫向收縮變形：構(gòu)件焊后在垂直于焊縫方向產(chǎn)生收縮。②縱向收縮變形：構(gòu)件焊后在焊縫方向產(chǎn)生收縮。③角變形：由于焊縫的橫向收縮使得焊件平面繞焊縫軸產(chǎn)生角變化。④彎曲變形：由于焊縫的縱向和橫向收縮相對于構(gòu)件的中和軸不對稱引起構(gòu)件整體彎曲。⑤扭曲變形：焊后構(gòu)件的角變形沿構(gòu)件縱軸方向數(shù)值不同及構(gòu)件翼緣與腹板的縱向收縮不一致，綜合而形成的變形形態(tài)。⑥波浪變形：薄板焊接后，母材受壓

7、應(yīng)力由于失穩(wěn)而使板面產(chǎn)生翹曲3.3.1焊接殘余應(yīng)力的分布一般焊接結(jié)構(gòu)制造所用材料的厚度相對于長和寬都很小，在板厚小于20mm的薄板和中厚板制造的焊接結(jié)構(gòu)中，厚度方向上的焊接應(yīng)力很小，殘余應(yīng)力基本上是雙軸的，即為平面應(yīng)力狀態(tài)。只有在大型結(jié)構(gòu)厚截面焊縫中，在厚度方向上才有較大的殘余應(yīng)力。通常，將沿焊縫方向上的殘余應(yīng)力稱為縱向應(yīng)力，以σx表示；將垂直于焊縫方向上的殘余應(yīng)力稱為橫向應(yīng)力，以σy表示；對厚度方向上的殘余應(yīng)力以σz表示。1.縱向殘余應(yīng)力的分布平板對接焊件中的焊縫及近縫區(qū)等經(jīng)歷過高溫的區(qū)域中存在縱向殘余應(yīng)力，其縱向殘余應(yīng)力沿焊縫長度方向的分布如下圖所示。44

8、當焊縫比較長時，在焊縫中段會出現(xiàn)一個穩(wěn)