焊接残余应力和焊接变形
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焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力(welding residual stresses)简称焊接应力,有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力,垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。
1、纵向焊接应力焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。
在施焊时,焊件上产生不均匀的温度场,焊缝及其附近温度最高,可达1600℃以上,而邻近区域温度则急剧下降。
不均匀的温度场产生不均匀的膨胀。
温度高的钢材膨胀大,但受到两侧温度较低、膨胀量较小的钢材所限制,产生了热塑性压缩。
焊缝冷却时,被塑性压缩的焊缝区趋向于缩短,但受到两侧钢材限制而产生纵向拉应力。
在低碳钢和低合金钢中,这种拉应力经常达到钢材的屈服强度。
焊接应力是一种无荷载作用下的内应力,因此会在焊件内部自相平衡,这就必然在距焊缝稍远区段内产生压应力2、横向焊接应力横向焊接应力产生的原因有二:一是由于焊缝纵向收缩,使两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形,但实际上焊缝将两块钢板连成整体,不能分开,于是两块板的中间产生横向拉应力,而两端则产生压应力。
二是由于先焊的焊缝已经凝固,会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀,使其发生横向塑性压缩变形。
当焊缝冷却时,后焊焊缝的收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力,而先焊部分则产生横向压应力,在最后施焊的末端的焊缝中必然产生拉应力。
焊缝的横向应力是上述两种应力合成的结果。
3、厚度方向的焊接应力在厚钢板的焊接连接中,焊缝需要多层施焊。
因此,除有纵向和横向焊接应力σx、σy外,还存在着沿钢板厚度方向的焊接应力σz。
在最后冷却的焊缝中部,这三种应力形成同号三向拉应力,将大大降低连接的塑性。
3.4.2 焊接应力和变形对结构工作性能的影响一、焊接应力的影响1、对结构静力强度的影响对在常温下工作并具有一定塑性的钢材,在静荷载作用下,焊接应力是不会影响结构强度的。
设轴心受拉构件在受荷前(N=0)截面上就存在纵向焊接应力。
在轴心力N作用下,截面bt部分的焊接拉应力已达屈服点fy,应力不再增加,如果钢材具有一定的塑性,拉力N就仅由受压的弹性区承担。
浅谈钢结构焊接残余应力及焊接变形控制钢结构焊接在安装过程中较为常见,焊接连接在具有其独特的优点的同时,也存在着其不可避免的缺陷,即焊接残余应力及焊接变形。
本文就施工现场的工艺钢结构及炉壳焊接,结合连续退火炉结构安装工程实际,浅谈焊接的残余应力及焊接变形的原因,以及现场施工过程中如何控制及解决办法。
标签:钢结构;焊接;应力;变形;控制措施【Abstract】Steel structure welding is more common in the installation process,welding connection has its unique advantages,but at the same time it also has the inevitable defects,namely welding residual stress and deformation. This article is showing the reasons of residual stress of welding and welding deformation ,and also give methods to control and solve the problem what is said above in the process of the construction site ,according to the scene of the process steel structure and the furnace shell welding,combined with the engineering practice of the furnace structure installation of Continuous Annealing Line.【Key Words】steel structure,welding,stress,deformation ,control measures引言:焊接连接是钢结构主要的连接方法,其优点是构造简单、不削弱构件截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、密封性好、刚度大等特性。
浅谈焊接应力与焊接变形的关系焊接技术对整个工艺流程起到决定性的作用,焊接质量是一个永恒的主题。
焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。
本文分析了电力焊接生产中的应力与变形控制措施,旨在指导电力工程焊接技术人员在施工中提高焊接水平,保证焊接质量。
引言:焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。
当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时,焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形;焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。
在没有外力作用的条件下,焊接应力在焊件内部是平衡的。
焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观,因此是电力焊接生产中进行控制。
1.焊接应力的控制措施电力构件焊接时产生瞬时内应力,焊接后产生残余应力,并同时产生残余变形,这是不可避免的现象。
焊接变形的矫正费时费工,构件制造和安装企业首先考虑的是控制变形,往往对控制残余应力较为忽视,常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制变形,与此同时实际上增大了焊后的残余应力。
对于一些本身刚性较大的构件,如板厚较大,截面本身的惯性矩较大时,虽然变形会较小,但却同时产生较大的内应力,甚至产生裂纹。
因此,对于一些构件截面厚大,焊接节点复杂,拘束度大,钢材强度级别高,使用条件恶劣的重要结构要注意焊接应力的控制。
控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布,其控制措施有以下几种:(1)减小焊缝尺寸:焊接内应力由局部加热循环而引起,为此,在满足设计要求的条件下,不应加大焊缝尺寸和层高,要转变焊缝越大越安全的观念。
(2)减小焊接拘束度:拘束度越大,焊接应力越大,首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接,尽可能不用刚性固定的方法控制变形,以免增大焊接拘束度。
(3)采取合理的焊接顺序:在焊缝较多的组装条件下,应根据构件形状和焊缝的布置,采取先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量较小的焊缝;先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝,后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。
焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整的措施作者:李廷凯李玉振来源:《世界家苑》2018年第02期摘要:随着焊接技术也已经发展的越来越普及,但是焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响非常大,必须加强对焊接质量研究。
本文对焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整进行了探讨分析。
关键词:焊接残余应力;焊接变形;钢结构;消除和调整1 焊接残余应力产生的原因1.1 塑性压缩造成的纵向残余应力在焊接的过程中,由于温度上的差距,焊缝及其周围都会受到因热膨胀和周围温度较低的金属的拘束,从而产生压缩塑性应变。
当焊接完成之后,温度骤减,母性材料就会制约着焊缝和近缝区域之间的收缩,这就在很大程度上导致了残余应力的存在。
并且残余应力的范围将会和高温环境下造成的塑性范围相一致,弹性拉伸区域和残余拉应力也是相对应的。
从这些都可以看出来,塑性压缩就是造成焊接过程中纵向残余应力的主要原因。
1.2 塑性压缩的应变导致的横向残余应力塑性压缩的应变,除了能够说成是造成纵向残余应力的主要原因,同时也能理解为造成横向残余应力的原因之一,但是造成横向残余应力的主要原因是母材的收缩。
当对母材进行焊接时,母材会出现膨胀现象,并且当焊接缝的金属材料逐渐形成固体时,膨胀中的母材必定会受到压缩,这种塑性压缩是横向收缩中的重要的一部分,焊缝自身那一小部分收缩仅仅只占到横向收缩的十分之一左右。
主要的横向收缩那部分存在于焊接缝沿着焊缝轴线进行切割后的中心区域,那才是拉应力中的横向应力。
2消除残余应力的方法2.1 热处理的方法这种方法对于焊件的性能有着至关重要的作用,它不仅可以消除残余应力,还能够改进焊接接头的性能。
热处理方法就是在焊件还处在高温条件下的时候,去降低屈服点和蠕变现象,从而实现去除残余应力的一种方法。
这种方法分为两个步骤,首先就是总体热处理,其次是局部热处理。
在总体热处理的过程中,加热的温度和保温时间和加热以及冷却速度都会影响到去除焊接残余应力的效果。
浅析焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施摘要:随着社会不断地进步,对于高新科技的精密性要求越来越严格,焊接也慢慢被逐步要求现代化、大型化等多种趋势发展,而传统意义的焊接中会产生多种很难规避的质量问题,如何发展采取措施减小金属在焊接过程中不产生焊接应力和焊接变形,在现实中具有非常重要的意义。
关键词:焊接应力;变形:原因;控制中图分类号:tg404 文献标识码:a1焊接应力与焊接变形产生的原因1.1焊接应力产生的原因焊接应力产生的主要原因是因为在焊接过程中局部会产生高温引起形状或尺寸的变化,焊缝的内应力和母材压应力数值平衡,焊接口也冷却到原始温度后,这时候应力状态就叫做焊接应力。
1.2焊接的不均匀受热焊接过程中是向母材焊口之间加热,目的是为了让焊材局部产生高温使得母材部分融化粘合在一起,从而完成焊接的过程。
所以让焊材局部产生高温,使得其不均匀受热是焊接的第一步。
对母材进行不均匀加热,在其持续加热的过程中,只要达到母材的熔点温度,就会构件就会产生可塑性变形,一般情况下,粘合冷却后就会产生一定的焊接残余应力。
而在其中个别过程中,由于不均匀受热,焊件的变形方向和焊后的变形方向是相反的,在其中焊件的应力一般分布是不均匀的,一旦完成整个焊接后,焊口附近的残余应力一般是属于拉应力。
1.3焊接变形产生的原因在焊接过程中是把母材的焊口局部加热到高温状态,导致焊材材质上温度不均匀,并且焊接热循环的过程中会使得组织内部发生转变,体积变化的过程中会受到体积并未发生变化时的阻碍,这样焊接口就会产生变形,这就是焊接变形产生的主要原因。
1.4金属组织的变化一般焊接过程中持续把母材局部温度加热,金属内部的体积组织状态也就会发生变化,金属为固体状态时成键作用是金属阳离子与其他自由电子之间会有相互作用,并无分子间的作用力,所以其物理属性和化学属性均取决于金属键,在焊接过程中局部持续加热,焊口部分金属熔化,金属键产生断裂。
当焊缝金属重新冷却后,由于它与母材金属之间是紧密联系的,而焊缝金属并不能自由重新收缩成熔化前的形状,由此也会产生焊接应力和变形。
焊接应力与焊接变形一、焊接应力与焊接变形的基本知识二、焊接残余应力与分布三、减少与消除残余应力和措施一、焊接应力与焊接变形的基本知识我们已经知道,焊缝由于有内部结构上的缺陷和内部应力的释放、焊件将产生焊缝裂缝。
同时,在焊接过程中,焊件受到不均匀的电弧加热,受热区域的金属膨胀程度也就不同,此时产生的内应力和变形是暂时的,但当焊接完毕待焊件完全冷却后,剩余的内应力和变形称为残余内应力和变形。
焊接内应力的种类焊接后产生的内应力简称焊接应力,根据其空间位置和相互关系可分以下几种:单向应力焊接薄板的对接焊缝以及在焊件表面上堆焊时,焊件存在的应力是单方向的。
双向应力在焊接较厚板的对接焊缝时,焊件存在的应力虽不同向,但均在一个平面内,即应力是双向的。
三向应力当焊接厚大焊件的对接焊缝时,焊件存在的应力是沿空间三个方向作用的。
当结构焊件三个方向焊缝的交叉处亦有三向应力存在。
根据焊接应力相对于焊缝的方向不同,可分为平行于焊缝的纵向应力和垂直于焊缝的横向应力。
单向应力对焊件的强度影响不大,有时不必采取特殊的方法消除它们。
但当焊缝中存在双向应力和三向应力时,焊缝金属的强度和冲击值都要显著下降,容易产生裂缝。
因此,在焊接厚件≥25mm时,焊后一般应对焊件进行热处理,以消除三向应力。
三个方向焊缝的,焊缝不应焊到交角的顶点,以避免三向应力的产生。
焊接应力按其产生的原因,也可以分为焊接热应力和组织应力。
在船体焊接时,一般只考虑焊接热应力。
焊接变形的种类焊接变形的种类,按其对结构影响的大小可分为下面两种:整体变形整体变形是指整个结构的形状或尺寸发生变化。
整体变形是由于焊缝在各个方向收缩所引起的。
它包括直线变形、弯曲变形、扭曲变形等。
如图所示。
直线变形是指结构的长、宽、高尺寸的改变,按其方向又可分为纵向变形和横向变形。
纵向变形是指平行于焊缝方向的变形。
横向变形是指垂直于焊缝方向的变形。
局部变形局部变形是指结构的某种部分发生变形。
它包括角变形和波浪变形两种。