焊接中的应力与变形

焊接应力与变形

主要内容焊接变形的种类及其影响因素控制焊接变形的措施 矫正焊接变形的方法

焊接变形的种类及其影响因素按照变形的外观形态来分，可分为：收缩变形、 角变形、弯曲变形、失稳变形(波浪变形)和扭曲变 形，图1-29 1.收缩变形：焊件尺寸比焊前缩短的现象，如图130

2.角变形：产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致，如图1-34

3.弯曲变形：是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称，

波浪变形：常发生于板厚小于6mm的薄板焊接结构中,又称之为失稳变形。 通过降低焊接残余应力和提高焊件失稳临界应力来 防止波浪变形。此外，角变形也可能产生类似的波 浪变形，如图1-39

扭曲变形：主要是因为焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀所引起的。如图1-40

图1-29a) b)

c) d) 图1-29 焊接变形的基本变形形式 e) a)收缩变形 b)角变形 c)弯曲变形 d)波浪变形 e)扭曲变形 返 回

收

缩

变 形

(1)纵向收缩变形：沿焊缝轴线方向尺寸的缩短(2)横向收缩变形：沿垂直于焊缝轴线方向尺寸的 缩短。

纵向收缩变形的影响因素1)与截面积有关：焊件的截面积越大，焊件的纵向 收缩量越小

2)与长度有关：焊缝的长度越长，焊件的纵向收缩量越大

3)与焊接层次有关：多层焊时每层焊缝所产生的压缩塑性变形比单层焊时小，如图1-31

4)与温度有关：焊件的原始温度提高，焊后纵向收缩量增大 5)与材料性质有关：线膨胀系数大的材料，焊后纵 向收缩量大

图1-31

图1-31 单层焊和双层焊的塑性变形区对比a)单层焊 b)双层焊

为第一层焊缝产生的塑性变形区 为第二层焊缝产生的塑 性变形区返回

横向收缩变形的影响因素1)与热输入有关：横向收缩变形随焊接热输入增大 而增加。

2)与间隙有关：装配间隙增加，横向收缩也增加，如图1-32

3)与焊接长度有关：焊缝的横向收缩沿焊接方向由小到大，逐渐增大到一定程度后便趋于稳定。

4)与拘束程度有关：定位焊缝越长，横向收缩变形量就越小 5)与金属填充量有关：对接接头的横向收缩量随焊

缝金属量的增加而增加大的6)与焊接方法有关：焊接方法对横向收缩量也有影 响。 7)与焊缝形式有关：角焊缝的横向收缩要比对接焊 缝小得多。

图1-32

图1-32 带间隙平板对接焊的横向收缩变形过 程

角变形的影响因素与板厚有关：当热输入一定时，板厚越大，角变 形越大； 与热输入有关：板厚一定，热输入增大，角变形 也增；

与坡口形式有关：对接接头坡口截面不对称的焊缝，其角变形大；坡口角度越大，角变形越大

与焊

接顺序有关：焊接顺序也会影响角变形的大小，如图1-35

图1-34a)

b)

c)

图1-34 几种接头的角变形 a)堆焊 b)对接接头 c)T形接头

图1-35a) b)

c)

d)

图1-35 角变形与焊接顺序的关系 a)对称坡口非对称焊 c)对称坡口对称焊 b)对称坡口对称交替焊 d)非对称坡口非对称焊

弯曲变形的影响因素(1)纵向收缩引起的弯曲变形：如图1-37所示为不 对称布置焊缝的纵向收缩所引起的弯曲变形。 当焊缝位置对称或接近于截面中性轴，则弯曲变形 就比较小。

(2)横向收缩引起的弯曲变形：焊缝的横向收缩在结构上分布不对称时引起的，如图1-38

图1-37

图1-37 焊缝的纵向收缩引起的弯曲变形

图1-38

图1-38 焊缝横向收缩引起的弯曲变形

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