第二章-焊接力学分析3

2.5焊接残余变形焊接残余变形：焊接后残存于结构中的变形，或称焊接变形。,2.5.1焊接残余变形分类焊接残余收缩主要表现在两个方面：纵向收缩沿焊缝长度方向的收缩横向收缩沿着垂直于焊缝长度方向的收缩大致可分为下列七类：（1）纵向收缩变形（2）横向收缩变形,（3）挠曲变形（弯曲变形）（4）角变形（5）波浪变形（失稳）,（6）焊接错边（7）螺旋形变形（扭曲变形）,2.5.2纵向收缩变形与弯曲变形一、纵向收缩变形纵向收缩变形是焊缝及其附近压缩塑性变形区焊后纵向收缩引起的焊件平行于焊缝长度方向的变形。压缩塑性变形相当于力Pf缩短假想外加压力Pf的大小,构件在Pf作用下产生的纵向收缩式中，A构件截面积，Ap塑性变形区面积，E材料弹性模量，L构件长度，P塑性应变。,影响因素：（1）焊接规范与焊接线能量qW成正比（2）焊接方法（3）材料的热物理参数屈服强度、弹性模量、热膨胀系数越大，变形越大（4）多层焊时，塑性变形区相互重叠，其纵向收缩比单层焊小（5）间断焊的纵向收缩变形比连续焊小,钢质细长构件纵向收缩量的估算单层焊的纵向收缩量式中，A构件截面积（mm2），AW焊缝截面积（mm2），L纵向收缩量（mm），L构件长度（mm），系数k1与焊接方法和材料有关。,系数k1的选取（表2-1）多层焊的纵向收缩量式中，AW一层焊缝金属的截面积（mm2），k2=1+85sn，s=s/E，n层数两面有角焊缝的丁字接头，由上面公式计算的收缩量乘以系数1.151.40。（式中的AW指一条角焊缝的截面积）,【例】低碳钢工字形构件如图，长5m，腹板高250mm，腹板厚10mm，翼板宽250mm，厚12mm，四条角焊缝，每条均由埋弧自动焊一次焊成，焊角K=8mm，计算工字形构件的纵向收缩量。解：每条角焊缝的截面积：构件截面积：所以纵向收缩量：,二、焊接错边两焊件受热不平衡造成长度方向膨胀变形不一致产生错边。原因：装配不善、导热不平衡、不对称温度场、不同热膨胀系数材料的焊接可采用跳焊、分段退焊，防止错边积累,三、纵向收缩引起的挠曲变形不均匀加热压缩塑性变形相当于压力Pf缩短力Pf偏离构件中心弯曲构件的挠度f为式中，I为构件截面惯性矩；e为塑性区中心到断面中性轴的距离（偏心距）。,焊缝对称的构件，工形截面梁装配次序（1）装焊顺序：工故fTf工焊后有较大的挠度。（2）焊前先点固成工形截面梁，再按括号内的顺序进行焊接，无挠度,钢制构件单道焊缝引起的挠度估算式中，e焊缝到构件中性轴的距离（偏心距）L构件长度AW焊缝截面积I构件截面惯性矩k1系数可由表2-1查得多层焊或双面角焊缝的挠度以上式的结果乘以与纵向收缩公式中相同的系数k2。,2.5.3横向收缩变形横向收缩变形：指垂直于焊缝方向的变形。一、对接接头的横向收缩热膨胀间隙横向收缩热膨胀挤压使厚度横向收缩影响因素：焊接线能量、坡口形式,焊缝的纵向变形对横向变形有影响纵向变形间隙横向收缩影响因素：装配刚度、功率、焊速横向收缩两种横向变形方向是相反的，最终的变形是两种变形的综合结果。,横向收缩变形计算公式式中，t为横向刚度系数有坡口间隙时取0.75-0.85无坡口间隙时取0.5-0.7比较简单的工程经验公式,二、堆焊及角焊缝的横向收缩（1）堆焊的横向收缩原因：加热不同时前后各点温度不同膨胀受阻压缩塑变横向收缩影响因素：焊接线能量qW：qWB板厚：B,横向变形沿焊缝长度上的分布是不均匀的薄板堆焊：厚板堆焊：B变小,（2）角焊缝的横向收缩与堆焊相似，立板厚度减少横板的热量（3）横向收缩引起的挠曲变形,2.5.4角变形与扭曲变形一、角变形原因：横向收缩变形在厚度方向上分布不均匀,（1）堆焊角变形原因：平板堆焊时，堆焊高温区金属的热膨胀受到阻碍产生压缩塑性变形P温度：堆焊面背面，P：堆焊面背面背面在弯矩作用下甚至产生拉伸变形，冷却后产生角变形。角变形的大小取决于：a）塑性变形区的大小及其沿厚度方向上的分布b）板的刚度（厚度）,a）堆焊过程中角变形与焊接时间的关系b）不同厚度的钢板表面堆焊角变形与线能量的关系,角变形在焊缝长度上的分布,（2）对接接头的角变形主要影响因素：焊接规范、接头形式、坡口角度、焊接层数坡口角度上下收缩差角变形坡口角度对角变形影响最大,焊条电弧焊、合理的焊接顺序,二、角焊缝的角变形与扭曲变形T形接头的角变形包括两个方面：a）筋板与主板的角度变化b）主板本身的角度变化,角变形是筋板结构焊接变形的主要问题,工字型梁的扭曲变形原因：角变形沿焊缝长度方向分布不均匀以及工件的纵向错边。措施：改变焊接顺序和方向。将两条相邻的焊缝同时同方向焊接。,2.5.5波浪变形失稳变形（焊接残余压应力）wcr（薄板的抗失稳临界压应力）,降低焊接残余压应力的方法：a）采用小的焊接线能量b）采用间断焊c）采用能量密度高的焊接方法增大薄板的抗失稳临界压应力的方法：a）增加板厚b）增加骨架，减小骨架间距,2.5.6焊接变形的控制与矫正一、控制焊接变形的措施（1）设计措施1）合理选择焊件尺寸2）合理选择焊缝尺寸和坡口形式,坡口位置的设计3）尽量减少不必要的焊缝4）合理安排焊缝位置力求使结构对称,（2）工艺措施1）反变形法2）刚性固定方法,3）合理选择焊接方法及焊接规范4）采用合理的装配焊接顺序方案1：312总挠曲变形f1+f2+f3最大方案2：123f1+f2-f3方案3：213f1-f3最小,二、矫正焊接变形的方法（1）机械矫正法（2）火焰