焊接应力和变形的分析与探讨
减少焊接应力与变形的工艺措施的分析与探讨

在 焊 接 接 头 中会 有 三 个 方 向的 拉 伸 残 余 应 力 , 因为在 厚 度 方 向上 的两 处 开坡 口是 不 对称 的 ,会 有
这 两 种形 式 的开 坡 口 , 又 因 为接 头 处 厚 度方 向上
的应 力 造 成焊 后 残 余 塑性 变形 而 引起 的 。焊接 应 力
受 到周 围 的金 属 的制 约 。 为 了保 证 在 施 焊 过 程 中的
方便 、 减少填充金属使用量 、 降低坡 口加工费用和减
少 焊接 变形 、 预 防裂 纹 的产 生 、 减 少 焊接 金 属 中 的 原 材料 的 比例 , 我们需 要在 接 口处 开 J , 、 , 形 焊缝 接 口形
式, 达到 方便 的送进 焊 条 。因 为原材 料 在熔 入 第 一层 焊 缝金 属 的 比例达 到 2 5 %左 右 ,我 们 应 在第 一 层 焊 缝 焊接 时采 用 微 小 电流 、缓 慢 的焊 接速 度 从 而 达 到
和 塑 性 变 形 是 由 于焊 接 过 程 中受 热 不 均匀 产 生 的 ,
情 况 会 持续 到 温 度恢 复到 室 温 的时候 热 变 形才 会 停 止 。焊 接 时焊 接变 形 的存 在 因素有 : 金 属局 部产 生伸
缩 与 收缩 变形 后 所 产 生 的 内应 力 、构件 内部 由于温
的应力 分布 是不 均匀 的 , 所以 j 形坡 口的焊 缝 拉 力远
大于 另一边 的拉 力 。因此 这 种焊 接接 头 时 , 构 件 焊缝 厚度 方 向会 出现 比较 大 的不 对称 的拉 伸 应力 是 因为
E q u i p me n t Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y N o . 5, 2 0 1 3
焊件焊接应力分析及防变形的工艺措施

焊件焊接应力分析及防变形的工艺措施摘要:焊接是一种特殊而又重要的加工工艺,随着焊接技术的发展,一个重要技术课题是控制焊接件的焊接变形以提高产品制造精度,使焊件焊后加工量减少或不加工即可用于精度要求高的机械产品中,因此,了解焊接应力产生机理,掌握结构件焊接变形规律,在焊接工艺中采取措施进行控制和消除,从而保证焊接质量。
本文主要探讨了焊接应力与焊接变形产生的原因及控制措施,以供参考。
关键词:控制焊接变形;焊接应力;措施1焊接变形的概念焊接变形主要是指在焊接过程中由于焊接工作而导致的焊接件变形。
焊接变形的开始时间是焊接开始的一瞬间。
焊接变形结束的节点是焊接结束后焊接件的温度降低到焊接初始温度。
焊接变形有两种情况,第一种是焊接过程中出现的焊接变形;第二种是焊接完成后出现的焊接变形。
2.随焊挤压旋转控制法在对铝合金框架车身弧焊焊接应力进行控制的多种方法中,随焊挤压旋转控制法,即WTRE的应用,能够有效改善铝合金框架车身结构中焊接接头位置的性能和组织结构,细化焊缝结晶的晶粒大小,使晶粒具有杂乱的生长方向,进而提高铝合金焊缝位置的力学性能。
实践显示,在采用了随焊挤压旋转控制法之后,铝合金材料焊接接头能够增强40MPa左右的抗拉强度。
除此之外,对于热裂纹,随焊挤压旋转控制法也能发挥良好的控制作用。
而且,随焊挤压旋转控制法的操作方法和设施都比较简便,能够优化操作人员的工作强度和环境,在自动化操作方面也具有显著的优势。
随焊旋转挤压控制法是在铝合金焊缝冷却凝固的时候,对其使用圆柱挤压头进行挤压旋转,焊缝金属因此会出现拉伸应变,同附近位置的残余拉应力互相抵消,最终实现降低铝合金框架车身由于失稳而产生应力变形的可能。
随焊挤压旋转控制法应用过程中的挤压旋转装置的主要构成部件包括挤压头、焊枪、焊接夹具以及填丝机构。
其中,挤压头需要对铝合金框架车身的焊缝位置同时施加垂直压力和旋转力,机械装置和挤压头本身的重力是垂直压力的主要来源,电动机则为挤压头提供旋转动力。
焊接变形和应力的分析

浅谈焊接变形和应力的分析与处理方法摘要:焊缝是由工件金属和焊芯金属构成的,在焊接过程中是一个局部加热的过程,总是要产生焊接变形和应力,焊接变形和应力直接影响结构的制造质量和使用性能,应力的存在有可能导致产生裂纹,而变形则影响结构的形状和尺寸误差,因此我研究理解焊接变形和应力产生的原因、种类、基本规律和影响因素,以便控制和防止一旦发生过大焊接变形和应力后,能设法减少或消除。
关键词:焊接变形;焊接应力;焊后热处理;接头组织;一、焊接变形和应力产生的原因焊缝是在自然状态下结晶的,属铸造类型组织,它与基本是扎制状态的工件是不相同的,进缝区的金属在焊接热的作用下也会发生组织变化,像经过了一次热处理一样。
在焊接过程中,焊件中产生的随时间而变化的变形和内应力分别称为瞬时变形和焊接瞬时应力,焊后焊件温度冷却至室温时留存于焊件中的变形和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力。
而焊接接头局部区域的加热和冷却是很不均匀的,局部区域内的各部分金属又处于从液态到塑性状态在到弹性状态的不同状态,并随热源的变化而变化,这就是产生焊接应力和变形的根本原因。
下面我将分析一下焊缝的化学成分和组织。
二、焊缝的化学成分及焊接接头的金相组织焊缝的化学成分可以由焊缝中工件金属、焊芯金属所占的比例他们的成分来定,但是对于用药皮焊条的手工电弧焊,电弧气体和起保护作用的焊渣对焊缝成分有很大影响对焊接质量影响较大的气体有氧化性气体(氧气、二氧化碳)、氮和氢等,它们会烧损合金元素,阻碍焊接过程,产生气孔、夹杂,降低焊缝性能,所以我们要采取措施减少这些气体。
对于解决氧化问题的饿措施可以对于氧化问题突出的金属材料最好采用氩弧焊,焊接一般钢材时可以采用药皮手工电弧焊,此时除电弧气体和溶渣进行保护并注意操作因素外,还要进行脱氧或消除氧化物带来的危害;氮一旦侵入焊缝就很难消除,控制氮的措施主要是选用能严密隔绝空气的焊接方法,手工电弧焊还可以采取控制焊接标准、控制焊丝成分等方法;对于减少接头含氢量的措施是控制焊接区水分、冶金处理、控制焊接标准、焊后脱氢处理等。
焊接应力和变形影响因素分析

焊接应力和变形影响因素分析焊接应力和变形是焊接过程中不可避免的问题,对于焊接工艺和焊接接头的质量有着重要的影响。
本文将从焊接应力和变形的定义和影响因素入手,分析其对焊接质量的影响,并提出几种常用的控制焊接应力和变形的方法。
焊接应力是指焊接过程中产生的应力,包括热应力和残余应力。
热应力是由于焊接过程中产生的温度差引起的,而残余应力是由于焊缝冷却后产生的体积变化不一致引起的。
焊接变形指的是焊接过程中工件的形状发生改变。
焊接应力和变形的主要影响因素包括焊接材料的热膨胀系数、焊接过程中的热输入、焊接接头的几何形状和尺寸、焊接顺序等。
焊接材料的热膨胀系数是影响焊接应力和变形的重要因素之一。
不同材料的热膨胀系数不同,当焊接材料之间存在温度差时,就会产生应力。
一般来说,焊接接头的应力和变形与焊材的热膨胀系数成正比,因此在设计焊接接头时要考虑到材料的热膨胀系数,以减小应力和变形的产生。
焊接过程中的热输入也是影响焊接应力和变形的重要因素之一。
在焊接过程中,热输入的大小直接影响到焊接接头的温度分布和热量分布。
当热输入较大时,焊接接头受热均匀,产生的应力和变形较小;而当热输入较小时,焊接接头受热不均匀,可能产生较大的应力和变形。
因此,合理控制焊接过程中的热输入是减小焊接应力和变形的关键。
焊接接头的几何形状和尺寸也会影响焊接应力和变形的产生。
一般来说,焊接接头的表面积越大,焊接应力和变形越大。
因此,设计焊接接头时应考虑到减小焊接接头的表面积,以减少焊接应力和变形的产生。
焊接的顺序也会对焊接应力和变形产生影响。
一般来说,焊接时应从中心向两端均匀进行,避免集中焊接导致应力集中和变形集中。
此外,还应根据焊接接头的形状和特点,确定合适的焊接顺序,以减小应力和变形的产生。
为了控制焊接应力和变形,常用的方法包括预应力焊接、焊接变形补偿和焊接过程监测与控制等。
预应力焊接是通过给焊接材料施加预应力来减小焊接应力和变形的方法。
焊接变形补偿是通过在设计焊接结构时采用特殊形状和尺寸,以使其在焊接后的变形能够补偿焊接应力和变形。
焊接应力与变形

喷水冷却;紫铜散热板
如图示
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圆筒体对接焊缝焊接顺序 返 回
散热法示意图 返 回
不对称焊缝的焊接 先焊
后焊 返 回
长焊缝(1m以上)焊接 总体的焊接方向
2
分段退焊示意图
5
返 回
反变形法
焊接之前
焊接后 返 回
将焊件固定在刚性平台上。 薄板拼接时的刚性固定
将焊件组合成刚性更大或对称的结构 T形梁的刚性固定和反变形
工字梁的扭曲变形
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焊接残余应力基本知识
一、焊接残余应力的分类
1. 按产生应力的原因分 (1)热应力 (2)组织应力(相变应力) (3)凝缩应力应力 (4)拘束应力 (5)氢致应力
2. 按应力存在的时间分 (1)焊接瞬时应力 (2)焊接残余应力
二、焊接残余应力的分布
1. 纵向残余应力 x的分布
利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束。 对接拼板时的刚性固定
利用临时支撑增加结构的拘束。
防护罩焊接时的临时支撑
返
回
控制残余应力的措施
1. 设计措施 1)尽量减少结构上焊缝的数量和焊缝尺寸。 2)避免焊缝过分集中,焊缝间应保持足够 的 距离。
3)采用刚性较小的接头形式。 减小接头的刚性措施
2.工艺措施
交叉焊缝的焊接 返 回
受力最大的焊缝应先焊 返 回
加热“减应区”法
黄色的区域代表焊缝
返
红色的区域代表加热区域
回
焊接残余变形的矫正
1)机械矫正法:平板机、千斤顶(5-300吨手动液压千 斤顶顶起的最大高度是160-180mm)
卷板机(最多可4辊)
如图示
2)火焰矫正法:将伸长的部分加热 500℃-800℃(褐 红色)然后自然或强冷
焊接结构的热应力与变形分析

热应力:在焊接过程中,焊件内部温度有差异引起的应力。
焊接应力的产生原因可分为:热应力、组织应力、收缩应力等几类。
焊接应力是产生热裂纹和冷裂纹(包括层状撕裂)的重要原因之一。
防止和消除焊接应力的措施:①焊前预热;②采取合理的焊序和方向;③较小的焊接线能量;④锤击或碾压焊缝;⑤采用反变形法焊接应力一、焊接残余应力的分类1.根据应力性质划分:拉应力、压应力2.根据引起应力的原因划分:热应力、组织应力、拘束应力3.根据应力作用方向划分:纵向应力、横向应力、厚度方向应力4.根据应力在焊接结构中的存在情况划分:单向应力、两向应力、三向应力5.根据内应力的发生和分布范围划分:第一类应力、第二类应力、第三类应力二、焊接残余应力的分布规律1.纵向应力бx的分布бx在焊件横截面上的分布规律为:焊缝及其附近区域为残余拉应力,一般可达材料的屈服强度,随着离焊缝距离的增加,拉应力急剧下降并转为压应力。
a)T形接头的бx分布与立板和水平板尺寸有很大关系,δ/h越小,接近于板边堆焊的情况;δ/h越大,接近于等宽板对接的情况。
2.横向应力бy的分布бy =бy′+бy″бy′:焊缝及其塑性变形区的纵向收缩引起的横向应力;бy″:焊缝及其塑性变形区的横向收缩不均匀、不同时引起的横向应力。
3.特殊情况下的焊接残余应力①厚板中的焊接残余应力②拘束状态下焊接残余应力③封闭焊缝中的残余应力④焊接梁柱中的残余应力⑤焊接管道中的残余应力三、焊接残余应力对焊接结构的影响1.对结构强度的影响只要材料具有足够的塑性,焊接残余应力的存在并不影响结构的静载强度。
对脆性材料制造的焊接结构,由于材料不能进行塑性变形,随着外力的增加,构件不可能产生应力均匀化,所以在加载过程中应力峰值不断增加。
当应力峰值达到材料的强度极限时,局部发生破坏,而最后导致构件整体破坏。
所以焊接残余应力对脆性材料的静载强度有较大的影响。
2.对构件加工尺寸精度的影响。
3.对梁柱结构稳定性的影响。
焊接变形原因及控制方法

焊接变形原因及控制方法焊接是一种常见的金属连接方法,但在实际应用中,我们常常会遇到焊接件变形的问题。
本文将探讨焊接变形的原因以及控制方法,帮助读者更好地理解和解决这一问题。
一、焊接变形的原因1. 焊接过程中的温度梯度:焊接时,焊缝区域受到高温的加热,而其它部位则保持较低的温度。
这种温度梯度会导致焊接件产生热应力,从而引起变形。
2. 残余应力的存在:焊接后,冷却过程中会产生残余应力。
这些应力会引起焊接件的变形,尤其是在焊接接头附近。
3. 材料的物理性质:不同材料在焊接过程中会由于热影响区域的不同导致不同的变形情况。
例如,具有较高热膨胀系数的材料在焊接后更容易发生变形。
二、焊接变形的控制方法1. 优化焊接工艺:通过合理安排焊接顺序、增加焊缝长度等方式来减小温度梯度,从而降低焊接变形的发生。
2. 使用预应力技术:在焊接过程中引入预应力,可以通过反向应力来抵消残余应力,从而减小焊接件的变形。
3. 控制焊接变形方向:合理预测焊接变形的方向,并采取相应的措施来控制变形。
例如,在设计中合理选择焊接结构和间隙,减小焊接残余应力对结构的影响。
4. 应用补偿技术:通过在焊接过程中进行额外的加工,例如机械加工或热处理等,来消除或减小焊接变形。
5. 使用支撑和夹具:通过设置支撑物或夹具来限制焊接件的变形,保持其形状和位置。
6. 使用适合的焊接方法:不同的焊接方法具有不同的变形控制效果。
在实际应用中,应根据具体情况选择适当的焊接方法,以减小焊接变形。
三、小结焊接变形是焊接过程中常见的问题,其产生原因主要包括温度梯度、残余应力和材料的物理性质。
为了控制焊接变形,我们可以通过优化焊接工艺、使用预应力技术、控制变形方向、应用补偿技术、使用支撑和夹具以及选择适合的焊接方法等方式进行控制。
只有在理解了焊接变形的原因并采取相应的措施后,我们才能更好地解决这一问题,并获得满意的焊接结果。
通过本文的探讨,相信读者对焊接变形的原因及其控制方法有了更深入的了解,这将有助于在实践中更好地应对焊接变形问题。
焊接应力与变形产生的原因及对策

焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接过程中,由于焊接热量的作用,会引起材料的膨胀和收缩,从而产生应力和变形。
这些应力和变形会影响焊接件的尺寸精度、强度和耐久性,甚至导致焊接件出现裂纹和变形失效。
造成焊接应力和变形的原因主要有以下几个方面:
1. 热应力:焊接过程中,由于焊接热量的作用,使得焊接区域的温度急剧升高,从而引起材料的扩张和收缩。
这种温度差异会产生热应力,导致焊接件发生变形和应力。
2. 冷却应力:焊接完成后,焊接件会迅速冷却,冷却速度过快会导致焊接件表面和内部温度梯度过大,产生冷却应力,进而引起应力和变形。
3. 材料不匹配:焊接材料的热膨胀系数、熔点、硬度等物理性质不同,容易导致焊接区域产生应力和变形。
4. 焊接结构设计不合理:焊接结构设计不合理,如焊接位置不当、焊接接头不够强壮等,容易导致应力集中和变形。
针对焊接应力和变形的问题,可以采取以下对策:
1. 控制焊接热量:采用合适的焊接参数,控制焊接热源的大小和位置,以减少焊接区域的温度梯度,从而降低应力和变形。
2. 加强冷却措施:在焊接完成后,采取适当的冷却措施,如缓慢冷却、局部加热等,以减少焊接件的冷却速度,从而降低冷却应力。
3. 选择合适的焊接材料:选择合适的焊接材料,如选择热膨胀
系数和熔点相似的材料,可以减少焊接区域的应力和变形。
4. 优化焊接结构设计:优化焊接结构设计,加强焊接部位的加强设计,采用适当的焊接方式和焊接技术,可以减少应力集中和变形。
总之,采取合适的对策,可以有效地控制焊接应力和变形,提高焊接件的质量和性能。
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nalysis and discussion on welding stress and deformation
A
J-2010年第3期总第87期
26现代焊接作者简介:张丽生(1985-),女,济南大学材料科学与工程专业毕业,从事的主要工作:对公司药芯焊丝的生产进行监控,对成品的质量予以检验,对所需的原材料(钢带、药粉等)进行检验,针对生产过程中存在的问题,提出相应的解决方案或办法。
[摘要][关键词]焊接过程中较容易产生焊接应力与焊接变形,给施工过程中带来严重不便。
本文就其各种影响因素进行分析和讨论,并相应的提出了一些控制措施。
焊接应力;焊接变形;机理;控制措施焊接应力和变形的分析与探讨
山东聚力焊接材料有限公司张丽生程晓燕冯素英
在钢结构发展如火如荼的今天,各种形式的焊接机械、焊接方法更是日新月异,焊接技术无疑成为一个关键课题。
但是在施工过程中,由于焊接过程中产生的焊接残余应力和应变,严重影响着工程的质量及使用,因而,如何采用合理的方法将焊接应力和变形控制到最小极其重要。
图1给出了焊接应力和变形产生的机理及内在联系。
由图1中可以很明显地看出:焊接时局部不均匀的热输入是产生焊接应力与变形的决定性因素。
而热输入是通过材料因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动,最终形成焊接应力的变形。
在焊接温度场中,热膨胀系数、弹性模量等材料特性呈现出决定热源周围金属运动的内拘束度。
1焊接应力与变形产生的主要因素及内在联系
制造因素(工艺措施、夹持状态)和结构因素(构件形状、厚度及刚性等)则更多地影响着热源金属的外拘束度。
随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形,称为焊接瞬态应力与应变。
而焊后,在室温条件下残留于构件中的内应力场和宏观变化,称为焊接残余应力与焊接残余变形。
实践经验告诉我们,焊接工程中的焊接变形和焊后残余应力并不是两种孤立的现象。
两者之间的联系是有机的,它们同时存在于同一焊件,相
[1]2焊后残余应力及变形的分类
辅相成而又相互制约。
焊接过程其实就是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的热过程,但由于不均匀温度场,导致焊件不均匀地膨胀和收缩,从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。
常见的焊接应力有:1)纵向应力;2)横向应力;3)厚度方向应力。
常见的焊接变形有:1)纵向收缩变形;2)横向收缩变形;3)角变形;4)弯曲变形;5)扭曲变形;6)波浪变形。
部分变形如图2。
焊后残余应力及焊接变形对焊件有不同程度的影响。
其中,焊后残余应力对焊件有6个方面的影响:1)对强度的影响:如果
[2]3
焊后残余应力及焊接变形对焊件的影响
现代焊接
现代焊接2010年第3期总第87期J-27
在高残余拉应力区中存在严重的缺陷,而焊接又在低于脆性转变温度下工作,则焊接残余应力将使静载强度降低。
在循环应力作用下,如果在应力集中处存在残余拉应力,则焊接残余拉应力将使焊件的疲劳强度降低。
2)对刚度的影响:焊接残余应力与外载引起的应力相叠加,可能使焊件局部提前屈服产生塑性变形。
焊件的刚度会因此而降低。
3)对受压焊件稳定性的影响:焊接杆件受压时,焊接残余应力与外载所引起的应力相叠加,可能使焊件局部屈服或使杆件局部失稳,杆件的整体稳定性将因此而降低。
4)对加工精度的影响:焊件的加工精度越小,加工量越大,对精度的影响也越大。
5)对尺寸稳定性的影响:焊接残余应力随时间发生一定的变化,焊件的尺寸也随之变化,焊件的尺寸稳定又受到残余应力稳定性的影响。
6)对耐腐蚀性的影响:焊接残余应力和载荷应力一样也能导致应力腐蚀开裂。
焊接变形对结构安装精度有很大影响,过大的变形将显著降低钢结构的承载能力。
4对焊接应力和变形的主要控制措施
在工程焊接中,由于各种条件因素的综合作用,焊接残余应力及变形的规律比较复杂,了解各因素单独作用的影响有助于对工程情况做具体的综合分析。
所以,了解焊接应力与变形产生的原因和影响因素,则可采取以下几种控制措施:
根据理论计算和实践经验,在焊件备料及加工时预先考虑收缩余量,以便焊后工件达到所要求的形状、尺寸。
根据理论计算和实践经验,预先估计结构焊接变形的方向和大小,然后在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的预置变形,以抵消焊后产生的变形。
焊接时将焊件加以刚性固定,焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定,可有效防止角变形和波浪变形。
此方法会增大焊接应力,只适用于塑性较好的低碳钢结构。
尽量使焊缝自由收缩。
焊接焊缝较多的构件时,应先焊错开的短焊缝,再焊直通长焊缝,以防在焊缝交接处产生裂纹。
如果焊缝较长,可采用逐步退焊法和跳焊法,使温度分布较均匀,从而减少焊接应力和变形。
4.1预留收缩变形量。
4.2反变形法。
4.3刚性固定法。
4.4选择合理的焊接顺序。
4.5锤击焊缝法。
4.6加热“减应区”法。
4.7焊前预热和焊后缓冷。
在焊缝的冷却过程中,用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝,使金属产生塑性延伸变形,抵消一部分焊接收缩变形,从而减少焊接应力和变形。
焊接前,在焊接部位附近区域进行加热使之伸长,焊后冷却时,加热区与焊缝一起收缩,可有效减小焊接应力和变形。
预热的目的是减少焊缝区与焊件其它部分的温差,降低焊缝区的冷却速度,使焊件能较均匀地冷却下来,从而减少焊接应力和变形。
综上所述,在焊接施工过程中,一定要了解焊接工艺,并采用合理的焊接方法和控制措施,以便减少和消除焊后残余应力和残余变形。
在实践过程中要不断的总结、积累焊接经验,综合分析考虑各种因素,才可以保证施工过程中的焊接质量。
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[3]王者昌.关于焊接残余应力消除原理的探讨[J].焊接学报,2000,21(2):55 ̄58.
参考文献
接着就能进行调用了。
需要注意的是在对x,y赋值时,需转化成数组的形式。
应用程序流程如图5所示。
本系统以单片机AT89S51为控制中
心,采用了K型热电偶信号处理集成
3结束语
芯片MAX6675,大大简化了电路及程序的设计过程、提高了数据采集的精度;采用PDIUSBD12实现单片机与PC的通信,连接简单、数据传输速度快且易于进行数据处理,能很好地满足工业生产中对数据传输的要求,上位机应用程序丰富了人机交互界面,增强了可视性。
通过测量,满足对焊接
温度场特定点的实时采样分析。
参考文献
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(上接第J-25页)。