焊接制造应力与变形

1、天津117学习组主讲：陈晓军焊接制造应力与变形焊接制造应力与变形焊接应力与变形1应力与变形的危害2 实际操作中应力与变形的控制3钢构件的运输、吊装与存放4 总结5一、焊接应力与变形一、焊接应力与变形应力1.1变形1.2 焊接中应力分析案例1.31.1应力 焊接中因焊缝及热影响区附近在焊接过程中的高温影响会产生热应力，同时有可能还伴随着相变应力和塑形应力，在冷却后会因此残留在金属中的应力成为焊接残余应力。焊接应力是影响焊接件性能的重要因素。有些位置存在的应力集中更成为钢结构中的安全隐患。1.2 变形 首先大家都了解，变形分为弹性变形和塑性变形。综合资料来看，变形取决于：一方面是应力及应力的分布，

2、另一方面与构件的抗变形能力有关。1.3焊接中应力分析基本案例（1）焊缝纵向应力（2）T形接头纵向应力分布（3）圆管对接应力分布（4）焊缝横向应力分布事例 焊接应力的形式多种多样，影响因素众多有，焊缝厚度，焊缝长度，焊缝位置分布以及焊接工艺等等，对此部分内容不再一一分析二、应力与变形的危二、应力与变形的危害害残余应力的危害2.1变形的种类及危害2.22.1残余应力的危害 焊接应力通常指焊接残余应力： 分为纵向、横向、厚度方向残余应力。 残余应力危害： 降低承载能力、降低疲劳强度、尺寸精度、耐腐蚀性。此外由于焊接工艺不当造成的应力集中是钢结构使用过程中重大安全隐患。（1）对加工精度的影响（2）对应

3、力腐蚀裂纹的的影响 应力腐蚀裂纹主要是由材质、腐蚀介质和拉应力共同作用的结果。 残余拉应力大小对腐蚀速度有很大的影响，当焊接残余应力与外载荷产生的拉应力叠加后的拉应力值越高，产生应力腐蚀裂纹的倾向就高，发生应力腐蚀开裂的时间就越短2.2变形的种类及危害 焊接变形主要有收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形、扭曲变形等。其类型及成都主要受材料、板厚、形状、焊缝在结构上的位置等影响。（1）收缩变形（2）挠曲变形（纵向收缩引起）挠曲变形（横向收缩引起）（3）角变形(横向收缩在厚度方向不均匀)（4）波浪变形(构件承受压应力失稳)（5）扭曲变形（弯曲变形与角变形组合弯曲变形与角变形组合）变形的危害主要有：

4、 1 降低尺寸精度，影响美观 2 降低承载力 3 增加矫正劳动量3.23.2.1从设计方面考虑防止变形3.2.2合理的工艺措施 3.2.3刚性固定 3.3.1冷加工矫正 3.3.2火焰矫正(本ppt的重点) 焊接变形的控制减小残余应力危害的方法3.13.3焊接变形的矫正3.2.4焊前反变形 三、实际操作中应力与变形的控制3.1减小残余应力危害的方法（1）合理的焊缝分布置能避免应力集中（2）热处理消除焊接应力 对碳钢及中、低合金钢，加热温度为580680；铸铁为600650，保温时间一般根据每毫米板厚保温12min计算，但总时间不少于30min，最长不超过3h。这是一个重结晶的过程（3）锤击法去

5、应力 锤击时要掌握好打击力量，保持均匀、适度，避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。另外，焊后要及时锤击，除打底层不宜锤击外，其余焊完每一层或每一道都要进行锤击。锤击铸铁时要避开石墨膨胀温度。 避免在蓝脆区敲击200-300。（4）振动法先看一下工人在实际加工过程中的方式方法3.2焊接变形的控制上图为何这种形式在装配及焊接过程中利用千斤顶调节巨柱为何要先组焊两侧钢板怎样的组焊顺序更加合理焊接中刚性固定焊接变形大的部位 用螺栓火铆钉连接各种形式的可调节固定3.2.1从设计方面考虑防止变形（1）合理选择构件截面提高构件抗变形能力 在第一部分中提到变形取决于取决于一方面是应力及应力分布，另一方

6、面是构件的抗变形能力，因此设计时选择合理的构件截面尤为重要接。（2）合理选择焊缝尺寸和焊缝布置位置 焊接变形可以理解为是受热金属膨胀和收缩引起的，所以小的焊接输入、小的焊缝填充量和焊缝尺寸有利于减小变形。 设计焊缝时，在满足强度要求的前提下尽量使用小的焊接尺寸，焊缝尽量靠近中心轴，并以中心轴对称分布，焊接时只要焊接顺序合理就能有效防止变形，尤其是挠曲变形。（3）合理的焊缝截面和坡口形式 上面已经阐述过原因了，所以在设计焊缝截面和坡口形式时，应尽量减小焊缝金属的填充量，这样不仅能节约成本，减小劳动量，还能有效的减小焊接变形。（4）尽量减少不必要的焊缝 原因同上，而且焊缝越多越不利于结构的稳定，所

7、以尽量减少不必要的焊缝。3.2.2合理的工艺措施（1）焊前准备 首先对于不马上使用的材料要码放整齐，防止其因自重产生变形。焊接时支撑点要尽量设计在构件的中心位置以及构件刚度比较大的位置。（2）选择合理的线能量目的是尽量减少焊接热输入。（3）选择合理的装配焊接顺序3.2.3刚性固定这种方法在施工中比较常见，不再赘述。3.2.4焊前反变形 根据焊接变形的规律，在焊接前预先给构件以反变形，从而在焊接变形后恰好达到设计要求。48节巨柱1部分结构组装钢板的拼接焊前反变形3.3焊接变形的矫正钢材随着温度的升高，屈服极限逐渐降低，此时很容易产生塑性变形。如图中，利用千斤顶，大锤等工具使产生塑形变形，待冷却后

8、以达到合格尺寸。3.3.1冷加工矫正a.手工矫正：利用手锤等工具锤击变形件合适的位置，由于锤击力度有限所以适用于小变形、小件、薄板、细长件等。b.机械矫正：使用机械力是构件缩短的部位伸长，常用的设备有摩擦压力机、千斤顶、专用工具等。火焰在钢结构的生产中有着举足轻重的作用，在加工厂一般用氧气做助燃剂，丙烷做燃剂，通过焊枪调节助燃剂和燃剂的比例来实现火焰切割和火焰矫正的目的。3.3.2火焰矫正(本ppt的重点)火焰加热矫正法原理 利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形使较长的部分在冷却后缩短来消除变形。 常用的结构钢的加热温度一般控制在600800（验收规范要求不应超过900 ，热加工温度区间为90

9、01000 ）之间。现场测温一般是用眼睛观察加热部位的颜色，大致判断加热部位的温度。a.点状加热 d=15mm a=50-100mm薄板波浪变形火焰矫正b.线状加热 线状加热又可分为直通加热、环形加热和带状加热. 线状加热的特点是横向收缩量一般大于纵向收缩量，横向收缩使构件产生角变形 线状加热可用于角变形、弯曲变形、扭曲变形等的矫正 .c.三角形加热 加热时面积上大下小，所产生的收缩量是上边大，下边逐渐过渡到零。所以三角形加热主要用于构件刚性较大、变形量大的弯曲变形. 四、钢构件的运输、吊装与存放吊装4.1存放4.2 运输4.34.1 吊运 构件在加工制作、运输、以及现场安装过程中，构件的吊运都是重要的步骤，如果吊耳数量、位置等设置不合理，就会使构件产生变形。这种变形是可以避免的。 例如117长度较长的钢板墙在现场安装吊装时，有些产生了弯曲变形。4.1 运输 构件在运输时，在车辆上的摆放要合理，必要时在构件上焊接临时固定。 图中在组装时添加的支撑，在运输和存放中也起到了防变形加固的作用4.3堆放 构件在制作厂、施工现场存放时，不合理的摆放会也会使一些跨度较大的板类或细长构件产生变形，因此而造成人力物力的浪费，甚至延误工期，影响工程质量。 117施工现场堆场钢板墙变形五、总结