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1、焊接应力和变形.教学目的：了解应力和变形的概念、产生原因；了解焊接变形的种类；掌握预防和减小焊接应力和变形的措施。教学重点：预防和减小焊接应力和变形的措施教学难点：应力和变形的概念、产生原因教学课时：16课时第一节 应力和变形的概念一、变形钢结构构件或节点在焊接过程中，局部区域受到很强的高温作用，在此不均匀的加热和冷却过程中产生的变形称为焊接变形。 二、应力焊接后冷却时，焊缝与焊缝附近的钢材不能自由收缩，由此约束而产生的应力称为焊接应力。三、应力形成 两块钢板上施焊时，产生不均匀的温度场，焊缝附近温度高达1600C，其邻近区域温度较低，且冷却很快。冷却时钢材收缩，冷却慢的区域收缩受到限制，从而
2、产生拉应力，冷却快的区域受到压应力。 四、焊接应力的分类1.根据焊接应力在空间的位置单向应力、双向应力、三向应力。2.根据焊接应力发生和互相平衡所在的范围大小第一类应力、第二类应力、第三类应力。3.根据焊接应力在焊缝中的方向不同纵向应力、横向应力、厚度方向应力第二节 焊接应力和变形的产生原因焊件进行局部的、不均匀的加热是产生焊接应力和变形的原因。一、金属棒的均匀加热和冷却金属棒在均匀加热时，产生过压缩塑性变形，则冷却后必定产生缩短变形。二、纵向焊接应力和变形焊接时，在电弧热的作用下，使金属局部达到熔化温度，但离电弧较远处的金属温度则较低，这样焊件就出现了不均匀的膨胀。沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。
3、三、横向焊接应力和变形焊件在于海峰轴线垂直的方向上，焊缝及热影响区金属在加热过程中也受到压应力，发生压缩塑性变形，在冷却后则存在着残余应力和变形，称为横向焊接应力和变形。四、影响焊接应力和变形的因素影响焊接应力和变形的因素主要包括以下几点：焊接规范、焊缝尺寸、焊缝在结构中位置的布置、焊缝分段和焊接方向、焊接程序、焊接结构的刚性以及层数。第三节 焊接变形的种类一、纵向变形指平行于焊缝方向的变形。多层焊比单层焊的变形量小。二、横向变形指垂直于焊缝方向的变形。角焊缝和对接焊缝焊后都会引起横向变形，同时，与焊接方法有关。三、弯曲变形T型梁焊接后，由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大，引起的工件弯曲
4、。四、角变形由于V型坡口对接焊焊缝布置不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起的变形。五、扭曲变形由于焊接过程中焊接顺序和焊接方向不合理引起的工件扭曲，又称为螺旋形变形，多出现在工字梁的焊接加工过程中。六、波浪变形这种变形易发生在波板焊接过程中。是由于焊缝收缩使薄板局部引起较大的压应力而失去稳定性，焊后使构件成波浪形。第四节 预防和减小焊接应力和变形的措施一、从结构设计方面的预防措施1、尽量减少焊缝数量。2、合理地选择焊缝的尺寸和形式。3、合理设计结构形式及合理安排焊缝位置。二、减小焊接应力和变形的方法1.反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向,在焊件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相
5、反的预变形量(反变形量),焊后焊接残余变形抵消了预变形量,使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸。这种预制的反变形可以是弹性的，塑性的或弹塑性的。采用加裕量的办法控制焊接变形时，在工件下料尺寸上所加的焊接裕量通常为0.1%0.2%,以弥补焊后变形。2选择合理的焊接顺序 （1）尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应力较小。（2）结构中同时存在对接缝和角接缝时，必须先焊对接缝，后焊角接缝。（3）采用分散对称焊工艺，长焊缝尽可能采用分段退焊或跳焊的方法进行焊接，这样加热时间短、温度低且分布均匀，可减小焊接应力和变形。 （4）合理选用各种焊接程序3. 刚性固定法 利用夹具、胎具等强制手段，以外力固定被焊
6、工件来减小焊接变形。该法能有效地减小焊接变形，但会产生较大的焊接应力，所以一般只用于塑性较好的低碳钢结构。 4.锤击焊缝法 焊后用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行锤击，可以延展焊缝，从而使焊接应力得到一定的释放。 5.焊前预热法在补焊前可对铸件上的适当部位进行加热，以减少焊接时对焊接部位伸长的约束，焊后冷却时，加热部位与焊接处一起收缩，从而减小焊接应力。被加热的部位称为减应区，这种方法叫做加热减应区法，如图3-7所示。利用这个原理也可以焊接一些刚度比较大的焊缝。 6.冷却法利用容易散热的物体把焊接处的热量迅速散去，时焊缝附近的金属受热面大大减小，达到减小焊接变形的目的。三、消除焊接残余应力的方法
7、1.概述焊接结构件焊后在焊件内会产生大小不同的残余应力。当焊件受到外力影响时，由于残余应力的作用，会使焊件变形，甚至产生裂纹。因此，焊件焊后是否要消除焊接残余应力，应从构件的用途、尺寸（特别是厚度）、所用材料的性能及工作条件综合考虑。2.整体高温回火是指将整体构件加热至锻造温度以上再进行矫正的方法,可用以消除较大的形状偏差。但是焊后整体加热容易引起冶金方面的副作用,限制了该方法的进一步推广及应用。3. 局部高温回火采用火焰对焊接构件局部加热,在高温处,材料的热膨胀受到构件本身刚性制约,产生局部压缩塑性变形,冷却后收缩,抵消了焊后部位的伸长变形,达到矫正目的,局部加热矫正方法简便灵活,因此在生产
8、上广为应用。在实际使用时应控制加热的温度与位置，对于低碳钢和普通低合金钢，常采用600800的加热温度。4. 机械拉伸法 对焊件进行加载，使焊缝区产生微量塑性拉伸，可以使残余应力降低。例如，压力容器在进行水压试验时，将试验压力加到工作压力的1.21.5倍，这时焊缝区发生微量塑性变形，应力被释放。5.温度拉伸法对焊后的焊件沿焊缝两侧加热，然后再快速冷却形成一个焊缝两侧温度高、焊缝区温度低的温度场，从而使原焊缝区受到的压缩塑性变形进行拉伸，以抵消原来的压缩塑性变形，消除部分应力。6.振动时效处理利用一种严格受控的振动能量，对结构件进行处理，以解决结构件内部因残余应力导致抗载荷能力变化的问题。7.电
9、物理处理采用电物理处理装置对焊缝进行处理，替代传统的焊后热处理。四、焊接变形和矫正方法1.机械矫正 利用机械力产生塑性变形来矫正焊接变形，如图3-10所示。这种方法适用于塑性较好、厚度不大的焊件。 2.火焰矫正 利用金属局部受热后的冷却收缩来抵消已发生的焊接变形。这种方法主要用于低碳钢和低淬硬倾向的低合金钢。火焰矫正一般采用气焊焊炬，不需专门设备，其效果主要取决于火焰加热的位置和加热温度。加热温度范围通常在600800。图3-11为T形梁上拱变形的火焰矫正方法。加热方法有以下几种：（1）点状加热法多用于薄板结构，加热点直径d15mm,加热点中心距a为50100mm。（2）线状加热法多用于矫正角
10、变形、扭曲变形及筒体直径过大或椭圆度。（3）三角形加热法多用于矫正弯曲变形。（4）水火矫正法多用于双曲面板材的加工成形。选择上德教育的优势：1、培训工种享受政府补贴，苏州市城乡劳动者职业技能培训定点单位；2、业余时间上课学习，不担误工作时间；3、名师教学，学以致用，押题精准，一次性通过率高；4、零基础起学，学会为止；5、给学员提供更好的服务态度。苏州上德教育提供专业培训考证服务：苏州考安监局特种作业操作证IC卡（电工作业：安装，维修，值班，试验电工，仪表电工，低压电工，高压电工指（高压运行，进网作业），焊工：电焊，气焊，氩弧焊，二氧化碳保护焊（二保焊），手工电弧焊，埋弧焊，电阻焊，电渣焊。高空
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