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(diǎn)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(jì)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(dòng)焊接351.7.2焊時(shí)措施391.7.2.1合理的焊縫尺寸391.7.2.2加熱補(bǔ)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(jī)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(dòng)時(shí)效41參考文獻(xiàn)44441焊接應(yīng)力與變形控制1.1特點(diǎn)由于焊件在焊接和冷卻過(guò)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(duì)稱(chēng)，以及施焊順序和施焊方向不合適，在焊縫區(qū)域會(huì)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(huì)導(dǎo)致焊接裂紋或?qū)娱g撕裂等。焊接變形超過(guò)允許偏差值，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度和外觀(guān)，并導(dǎo)致構(gòu)件的初彎曲、初扭曲、初偏心等，使受力時(shí)產(chǎn)生附加的彎矩、扭矩和變形，以及內(nèi)應(yīng)力的存在，會(huì)降低其強(qiáng)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(fù)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(duì)稱(chēng)組合截面，截面形式復(fù)雜巨大，板厚能達(dá)到80mm以上，其焊接變形控制沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此焊接變形與應(yīng)力控制是大型非線(xiàn)性彎曲箱型鋼結(jié)構(gòu)肋架構(gòu)件制作中的重點(diǎn)難點(diǎn)。鑒于鋼結(jié)構(gòu)由于具有強(qiáng)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(chǎng)用工省，建設(shè)周期短等一些列優(yōu)點(diǎn)，其在建筑行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。但由于在焊接過(guò)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(guò)程中大量增加了加工制造物力和人力，同時(shí)使整個(gè)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(guò)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(shí)針對(duì)仍有超標(biāo)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(jìn)行矯正，以此保證整個(gè)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(shí)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(duì)接焊的殘余應(yīng)力沿板厚方向的分布實(shí)測(cè)結(jié)果44焊接殘余變形的分類(lèi)；（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(cuò)邊變形。7）螺旋形變形。2變形種類(lèi)焊接變形的種類(lèi)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(jiàn)焊接變形主要分為以下幾大類(lèi)：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(duì)于構(gòu)件的中和軸不對(duì)稱(chēng)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(duì)于長(zhǎng)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(chēng)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(chēng)為橫向應(yīng)力，以σy表示；對(duì)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(duì)接焊件中的焊縫及近縫區(qū)等經(jīng)歷過(guò)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(zhǎng)度方向的分布如下圖所示。44

8、當(dāng)焊縫比較長(zhǎng)時(shí)，在焊縫中段會(huì)出現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)