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1、（输入章及标题）毕业设计（论文）低合金钢T型接头焊接变形的测量与计算学 院： 年级专业： 学生姓名： 指导教师： 答辩日期： III 学院： 教研室： 学号学生姓名专 业班 级课题题 目低合金钢T型接头焊接变形的测量与计算来 源自拟主要内容以T型构件作为研究对象，制定未开坡口或开坡口试件的焊接工艺，分析焊接变形的影响因素，尤其是对工艺过程中的焊接热输入做重点探讨；对T型构件焊缝的纵向收缩进行实测，推导变形量的计算公式，在科学简化的基础上进行了计算，并将估算值与实测值进行对比。基本要求1题目应恰当、准确地反映本课题的研究内容；2论文主体是论文的主要部分，要求结构合理，层次清楚，重点突出，文字简练
2、、通顺；3结论是对整个论文主要成果的归纳，要突出设计的创新点，以简练的文字对论文的主要工作进行评价。参考资料1陈楚船体焊接变形.国防工业出版社1985年4月2中国机械工程学会焊接结构(第三版)北京：机械工业出版社.19923程友胜焊接应力和焊接变形的论述J煤矿机械，2003：59-604王者昌关于焊接残余应力消除原理的探讨J焊接学报，2000：55-585王青春.王勇焊接应力与变形问题的探讨J煤矿机械，2007：68-70周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容搜集资料；确定题目完成第1章完成第2章完成第3章修改、完善，上交指导教师：教研室审批：说明：如计算机输入，表题黑体小
3、三号字，内容五号字。本任务书一式三份，教务科、教师、学生各执一份。 摘 要摘 要焊接由于工艺过程中高度集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后不可避免地会产生焊接应力和变形，而焊接变形会对结构的外观、承载能力、服役性能等方面产生诸多不利的影响，因此对焊接残余变形量进行分析和估算具有很重要的现实意义。本文以T型构件作为研究对象，制定未开坡口或开坡口试件的焊接工艺，分析焊接变形的影响因素，尤其是对工艺过程中的焊接热输入做重点探讨；对T型构件焊缝的纵向收缩进行实测，推导变形量的计算公式，在科学简化的基础上进行了计算，并将估算值与实测值进行对比。实验结果表明所选用的焊接规范参数符合实际焊接要求，计算公式得
4、当，其焊接工艺与变形的计算方法能够为生产实际提供理论依据。关键词：T型接头；焊接变形；热输入 I 目录摘 要I目录i引 言1第1章焊接变形及其影响因素31.1 焊接产生变形的原因31.2 焊接变形的分类及其之间的关联41.3焊接变形的影响因素81.4预防和控制焊接变形的方法11第2章 T型构件焊接工艺及焊接变形测试142.1试件的材料及尺寸142.2材料的成分及性能142.3焊接工艺参数的选择152.4焊接步骤182.5焊接变形的测量与结果19第三章变形的计算213.1焊接变形计算方法213.2固有应变法243.3试件焊接变形的计算273.4计算值与实测值得比较283.5分析实验的误差原因28
5、结论30参考文献31致 谢33i引 言引 言焊接作为一种灵活高效的连接方式广泛的应用于桥梁、船舶、建筑、航空、压力容器等制造业，随着我国钢结构产业的高速发展，焊接技术在钢结构工程中得到大量的应用，在工农业的各个生产部门，焊接结构遍布于国民经济的各个领域。从民间交通到火箭导弹等运载工具，从农业机械到各种精密机械和重型及其处处皆有。然而，随之而来的焊接结构残余变形也一直困扰着焊接界，此现象也成为人们密切关注的焦点。焊接变形的存在不仅造成了焊接结构形状变异，尺寸精度下降和承载能力降低，而且在工作载荷作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是焊接结构早期失效的主要原因，也是造成焊接结构疲劳强度降低的原因之一
6、。这些缺陷的产生主要是焊接时不合理的热过程引起的。由于高度集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生大的残余应力(焊接残余应力)和变形(焊接残余变形、焊接收缩、焊接翘曲)，焊接过程中产生的动态应力和焊后残余应力影响构件的变形和焊接缺陷，而且在一定程度还影响结构的加工精度和尺寸的稳定性。因此，在设计和施工时必须充分考虑焊接应力和变形的特点。焊接是将金属材料连接成构件的最重要的方法，无论添加或不添加填充金属，包括表面堆焊焊缝，大多数焊接过程的技术核心是被连接表面的熔化，随后是连续的冷却，局部热输入形成局部熔化，同时尽可能的减少向构件内部的热扩散和向周围环境的热散失，焊接过程是一个不均匀的、快速地加
7、热和冷却的过程。其中熔化焊接时，被焊金属在热源作用下发生局部加热和熔化，材料的力学性能也会发生显著的变化，而焊接热过程也直接决定了焊缝和热影响区焊后的显微组织、残余应力与变形大小，所以焊接热过程的准确计算和测定是焊接应力和变形分析的前提。为使其简单化，实际中常用焊接性的概念作为一种分类系统，将焊接分解为热力学、力学和显微结构等过程，从而降低了焊接性各种现象的复杂性。焊接过程中以及焊后结构都将不可避免地产生焊接变形，而这些变形焊接施工中最麻烦也是最难处理的问题之一。焊接变形的存在不仅影响结构的尺寸精度和外观,而且有可能降低其承载能力和机械性能，更重要的是容易引起焊接结构的失稳。在焊接过程中，焊接
8、变形的存在不仅影响焊接结构的制造过程，焊接变形甚至会严重影响制造过程、焊接结构的使用性能、焊接接头的抗脆断能力、疲劳强度、抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂能力。因此对焊接变形的分析和对焊接变形量的估算具有重要意义。本文分为三章，第一章介绍焊接变形产生的原因及影响因素，并分析了焊接变形的种类及各类之间的关联；第二章以T型焊接构件为研究对象，制定焊接工艺，并对焊缝的纵向收缩进行实测；第三章论述了焊接变形的估算，并将估算值与实测值进行对比，以便为生产实践提供理论依据。1第1章 焊接变形及影响因素 第1章焊接变形及其影响因素1.1 焊接产生变形的原因焊接接应力和变形是由多种因素交互作用而导致的结果。通常，
9、若仅就其内拘束度的效应而言，焊接应力与变形可表诉如下。焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区溶化；而与熔池毗邻的高温区材料热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形；在在冷却过程中，已已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围条件的制约，而不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸而卸载；与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩使也产生相应的收缩拉应力与变形。这样，在焊接接头区产生了缩短的不协调应变。焊接变形产生的原因有以下几种：（1）不均匀的局部加热和冷却是最主要原因。焊接时，试板的局部被加热到熔化状态，形成了试板上温度的不均匀分布区，使试板出现不均匀的热膨胀，热膨胀受到周围金属的阻碍不能自由膨
10、胀而受到压应力，周围的金属则受到拉应力。在靠近焊缝一侧高温区受到热压力作用，而在远离焊缝一侧受到热拉应力的作用。当被加热金属受到的压应力超过其屈服点时，就会产生塑性变形。试板冷却时，由于焊缝先后冷却时间不同，先焊的先冷却凝固，存在一定强度，阻止了后焊的焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向压缩变形。后焊的焊缝冷却时，横向收缩受到阻止，而产生横向拉应力，而先焊部分则产生横向压应力。由于加热的金属在加热时已产生了压缩的塑性变形，所以，最后的长度要比未被加热金属的长度短些。（2）焊缝金属及焊接热影响区的组织发生变化。焊缝及焊接热影响区金属在焊接时加热到熔点或固态相变温度以上，冷却过程中其金属组织要发生变
11、化。由于各种组织的比容不同，因此随之发生体积的变化。（3）钢结构刚性不大时，焊缝在结构中对称布置，施焊程序合理时只产生线性缩短；当焊缝布置不对称时，还会产生弯曲变形；焊缝截面重心与接头截面重心在同一位置上时，只要施焊程序合理，只产生线性缩短；当焊缝截面重心偏离接头截面重心时，还会产生角变形。焊缝数量越多，变形越大。（4）构件点焊成形后，应根据构件的不同几何尺寸、形状制定出正确的焊接工艺流程，此项工作对控制焊接变形关系重大，大部分变形量是由于焊接工艺不正确所造成，如焊接电流大、焊条直径粗、焊接速度慢等，均会造成焊接变形大。多层焊时，第一层焊缝收缩量最大，层数越多焊接变形也越大。断续焊缝比连续焊缝
12、的收缩量小，焊接次序不当或未先焊好分部构件，然后总拼装焊接，都易产生较大的焊接变形，所以在施工时要制定合理的焊接工艺措施是很重要的。1.2 焊接变形的分类及其之间的关联焊接变形一般按照变形的特点分为以下7类：1）横向收缩由于移动热源(焊接电弧)的加热和随后的冷却，使得温度垂直于被焊构件的长度和厚度方向不均匀分布，即在焊接接头区产生残余的横向收缩塑变和横向应力。横向收缩的形成原因，一部分是由于焊缝金属冷却后的收缩，另一部分是焊缝金属热膨胀受阻形成横向残余塑性变形而引起的。横向收缩变形及其产生的挠曲变形。横向变形的大小与焊接线能量和板厚有关，随着焊接线能量的提高，横向收缩量增加；随着板厚的增加，横
13、向收缩量减少。横向变形沿焊缝长度上的分布并不均匀。这是因为先焊的横向收缩对后焊的焊缝产生一个挤压作用，使后者产生更大的横向压缩变形。因此，焊缝的横向收缩沿着焊接方向是由小到大逐渐增长的，到一定程度后趋于稳定。另外，采用埋弧自动焊时横向收缩量比板厚相近的手工电弧焊的横向收缩变形量小，采用气焊时横向收缩量比手工电弧焊的横向收缩量大。如果横向焊缝在结构上分布不对称，那么它的横向收缩也能引起结构的挠曲变形。2）纵向收缩在焊接时，由于沿焊缝方向不均匀的温度分布，焊缝及其附近的金属产生了纵向压缩残余塑性变形。产生塑性变形的区域称为塑性变形区。构建纵向收缩的变形的大小取决于塑性变形区的大小，构建截面积，焊接
14、线能量以及焊缝的长度。由于塑性变形区的收缩受到周围金属的阻碍，所以相对来说纵向收缩不如横向收缩显著。理论认为纵向收缩量大约为焊缝长度的11000。纵向收缩变形以及由它所引起的挠曲变形。纵向收缩变形量的大小主要取决于构件的长度、截面积和压缩塑性变形的大小。而压缩塑性变形与焊接参数、焊接方法、焊接顺序以及材料的热物理参量有关。在这些工艺因素中，焊接线能量（Q=q/v，q为能量，v为焊接速度）是主要的。在一般情况下，纵向收缩变形与焊接线能量成正比的关系。对于同样截面积的焊缝来讲，多层焊每次所用的焊接线能量比单层焊时小得多，所以多层焊时引起的纵向收缩比单层焊小。分的层数越多，每层所用的线能量就越小，变形也越小。同理，间断焊的纵向收缩变形要比连续焊时小得多。当焊缝在构件中的位置不对称时，焊缝引起的应力就是不均匀的，这样它不但使构件缩短，同时还使构件弯曲，产生挠曲变形。纵向收缩和横向收缩的图示如图1-1。 图1-1横向收缩和纵向收缩3）挠曲变形构件焊后在外形上发生挠曲。主要是因为两侧焊缝收缩变形量相同，或一边产生收缩变形而另一边保持不变而引起的，见图1-2。图1-3挠曲变形4）角变形。焊
