焊接变形与应力演示课件

《焊接应力与变形》PPT 课件
焊接应力与变形
焊接引言
焊接的定义
焊接是将两个或多个工件通 过加热或压力相互连接的工 艺。
焊接的分类
焊接可以按照不同的连接方 式进行分类，如电弧焊、气 体保护焊、激光焊等。
焊接的应用范围
焊接广泛应用于制造业和建 筑业，用于连接金属和非金 属材料。
焊接基础
1
焊接的原理和机理
减少焊接应力和变形的方法
1
焊接前准备
准确评估焊接件的材料和形状，选择合
焊接参数控制
2
适的焊接工艺。
控制焊接过程中的温度、速度和压力等
参数，以减少应力和变形。
3
焊接残余应力消除
使用热处理、冷却剂和机械加工等方法 消除焊接产生的残余应力。
焊接失效的原因及预防
焊接失效的原因
焊接失效可能由于疲劳、腐蚀、 裂纹和变形等原因导致。
焊接应力的计算方法
可以使用有限元分析、力学模 型和经验公式等方法计算焊接 应力。
焊接变形
1 焊接变形的概念
焊接过程中由于热膨胀和冷却引起的材料形状和尺寸的改变。
2 焊接变形的类型和特点
焊接变形可以分为弯曲、收缩和扭曲等。每种类型都会对焊接件的性能产生影响。
3 焊接变形的计算方法
可以使用有限元分析、弹性力学理论和实验测量等方法计算焊接变形。
焊接失效的分类
焊接失效可以分为静态失效、 动态失效和环境失效等。
焊接失效的预防和控 制
通过合理设计、材料选择和工 艺控制等方法预防和控制焊接 失效。
焊接的质量控制
1
焊接质量控制的目的和意义
确保焊接工艺和产品符合设计和规范要求，提高产品质量。
2
焊接质量控制的方法

焊接过程控制
01
02
03
严格控制焊接参数
按照工艺要求选择合适的 焊接电流、电压、速度等 参数。
注重焊接操作技巧
提高焊接技能水平、加强 焊接操作规范化、避免焊 接缺陷等措施。
加强焊接质量检测
采用无损检测技术、对焊 缝进行外观检查、对重要 部位进行应力检测等措施 。
05 焊接应力与变形的矫正
CHAPTER
焊接变形对结构的影响
03
焊接变形会降低结构的精度和强度，影响结构的外观和使用性
能。
焊接应力与变形的影响因素
01
02
03
04
材料性质
材料的热膨胀系数、弹性模量 、屈服强度等都会影响焊接应
力与变形。
焊接工艺
焊接电流、电压、焊接速度、 预热温度等都会影响焊接应力
与变形。
结构形式
结构形式和尺寸对焊接应力与 变形也有很大影响。
焊接速度
选择合适的焊接速度，以控制热输入和冷却速度，从而影响变形 和应力。
预热和层间温度控制
预热和层间温度控制可以减少材料各区域的温度差异，从而减少 变形和应力。
采用合理的装焊顺序和方向
焊接顺序
在焊接过程中，合理安排焊接顺序可 以减少变形和应力。先焊接对变形影 响较小的焊缝，再焊接对变形影响较 大的焊缝。
变形主要由于热胀冷 缩和材料内部应力分 布的变化引起。
焊接变形的分类
收缩变形
由于材料在焊接过程中的热胀 冷缩，导致构件尺寸缩短。
弯曲变形
由于焊缝位置和焊接顺序不当 ，导致构件整体或局部弯曲。
扭曲变形
由于焊缝的角变形或弯曲变形 ，导致构件扭曲。
波浪变形
由于薄板焊接后，母材产生压 应力而产生的失稳变形。

单位截面积上的内力
1.工作应力 2.内应力
• 内应力详解
内应力是在没有外力的条 件下平衡于物体内部的应力
产生的原因 温度应力（热应力） 内应力
残余应力 由于构件受热不均匀引起
（举例：金属框架详解，
如果不均匀温度场所造成的内应 力达到材料的屈服极限，使局部 区域产生塑性变形，当温度恢复 到原始的均匀状态后产生了新的
焊接时的应力和变形的形成主要取决于焊接热过程，以
注意
及焊件在焊接过程中受拘束的条件
1.均匀加热时引起应力与变形的原因（见P52图4-3所示） （1）能自由膨胀和收缩的无拘束状态
杆件在无拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力
T
T 0
t
杆件一端固定的自由热变形
（2）杆件两端完全固定，不能膨胀也不能收缩刚性拘 束状态
杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时不能自由变形的变形和应力
T T
0
t1
t
t2
t
受拘束杆件均匀加热、冷却过程中的变形和应力
4.1 | ξ|<ξs
杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能 自由变形的变形和应力
s
0
T p2 T
t1 t2
t4 t
t 3 sr
s
受拘束杆件均匀加热、冷却过程中的变形和应力 4.2|ξ|>ξs ;T ma <5 x 0 oC 0
• 当焊件拘束度较小时，冷却时能够比较自由地收 缩，则焊接变形较大而焊接应力较小
• 若焊件拘束度较大或外加较大刚性拘束，则冷却 时不能自由地收缩，焊接变形较小而焊接应力很 大
是的变形和应力
T
t
0
t1
4.4 |ξ|<ξs

薄板焊接的波浪变形
§6-2 焊接残余变形
5．扭曲变形
扭曲变形是指构件焊后两端绕中 性轴相反方向扭转一定角度。它产生 的原因较复杂：装配质量不高，即在 装配之后焊接之前的焊件位置尺寸不 符合图样的要求；构件的零部件形状 不正确而强行装配；焊件在焊接时位 置搁置不当，焊接顺序及方向不当等。 如图所示为工字梁的扭曲变形。
§6-2 焊接残余变形
二、影响焊接残余变形的因素
1．焊缝在结构中的位置
焊缝在结构中布置不对称时，则焊 后会产生弯曲变形，弯曲方向朝向焊缝 较多的一侧。焊缝偏离结构中性轴时， 则焊后会产生弯曲变形，弯曲方向朝向 焊缝一侧；焊缝偏离结构中性轴越远， 则越容易产生弯曲变形，如图所示。
18 第 六 章 焊 接 应 力 与 变 形
焊缝在结构上位置不对称造成的弯曲变形 a）单道焊缝的钢管焊接 b）T 形梁的焊接
§6-2 焊接残余变形
2．焊接结构的刚度 焊接结构的刚度是指焊接结构抵抗变形（拉伸、弯曲、扭曲）的能力。
结构的刚度高，变形就小；结构的刚度低，变形就大。金属结构的刚度主 要取决于结构的截面形状及其尺寸的大小。
（1）结构抵抗拉伸的刚度主要取决于结构截面积的大小。截面积越 大，结构抵抗拉伸的刚度越高，变形就越小。
如图所示为对称的双Y 形坡口对 接接头在不同焊接顺序下角变形的比 较。
23 第 六 章 焊 接 应 力 与 变 形
双Y 形坡口对接接头的角变形 a）合理的焊接顺序 b）不合理的焊接顺序
§6-2 焊接残余变形
4．其他因素
（1）结构材料的线膨胀系数 线膨胀系数大的金属，其焊后变形也大。常用材料中铝、不锈钢、 Q355钢、碳素钢的线膨胀系数依次减小，可见焊后铝的变形最大。 （2）焊接方法 一般气焊的焊后变形比电弧焊的焊后变形大。这是因为气焊时焊件受 热范围大，加上焊接速度慢，使金属受热体积增大，导致焊后变形大。 （3）焊接参数 焊接参数主要指焊接电流和焊接速度，两者直接影响热输入的大小。