焊接应力和焊接变形的论述

在焊接时,由于焊接热源的加热和焊接热过程的特点,焊件受到不均匀的加热,使得被焊金属受热膨胀及冷却收缩的程度不同,在焊件内部就产生了应力和变形。论述焊接应力、变形产生的原因及预防措施。

1焊接应力和焊接变形的危害

焊接往往是造成焊件裂纹的直接原因,同时也大大降低焊接结构的承载能力和使用寿命;焊接变形造成焊件尺寸、形状的变化,使得在焊后要进行大量复杂的矫正工作,甚至使焊件报废。

2焊接应力和焊接变形的产生原因

2 1 1焊接应力

(1)纵向焊接应力

纵向焊接应力就是平行于焊缝长度方向的应力。在施焊时,钢板中会产生不均匀的温度场,从而产生不均匀的膨胀。如果钢板的纵向纤维都能自由伸缩,则纤维的纵向伸长也将按温度分布曲线的规律变化,由于钢板是整体的,原平面截面变形后仍保持平面。故施焊时,整个平截面只能产生均匀的伸长,在靠近焊缝一侧高温区受到热压力作用,而在远离焊缝一侧受到热拉应力的作用,施焊完毕,焊件自然冷却,钢板截面开始收缩,在近焊缝区段产生拉应力,在稍远区段产生压应力。

(2)横向焊接应力

横向焊接应力的方向与焊缝长度垂直,产生横向焊接应力的原因可分为焊缝的纵向收缩和横向收缩2个方面。施焊时,由于焊缝的纵向收缩,2块对焊钢板有相向弯曲的趋势,但焊缝已将其连成整体,这样使得2块板沿焊缝长度方向中部产生横向拉应力,两端产生压应力。冷却时,由于焊缝先后冷却时间不同,先焊的先冷却凝固,存在一定强度,阻止了后焊的焊缝在横向的自由膨胀,使其产生横向压缩变形。后焊的焊缝冷却时,横向收缩受到阻止,而产生横向拉应力,而先焊部分则产生横向压应力。

(3)厚度方向的焊接应力

在厚钢板焊接连接中,焊缝需要多层施焊,温度沿厚度方向分布不均,表面先冷却,中间后冷却,中间部分收缩时,受到表面已凝固焊缝阻止,中间层受拉,而外层受压。

2 1 2焊接变形

在焊接过程中,由于不均匀加热和冷却,焊接区在纵向和横向收缩时,势必导致构件产生变形。

3减少焊接应力和焊接变形的措施

3 1 1设计上的措施

(1)焊接位置安排合理,尽可能使焊缝对称于构件截面的中性轴,以减少焊接变形。

(2)焊缝尺寸要适当,保证在安全前提下,不得随意加大焊缝厚度。

(3)焊缝数量宜少,且不宜过分集中。

(4)应尽量避免2条或3条焊缝垂直交叉。

3 1 2工艺上的措施

(1)采取合理的施焊次序,钢板对接时,采用分段退焊,厚焊缝采用分层焊,工字形截面按对角跳焊。

(2)采用反变形,施焊前,给构件以一个与焊接变形反方向的预变形,使之与焊接所引起的变形相抵消。

(3)对于小尺寸焊件,焊后应采用消除应力的热处理,加热600℃左右,缓慢冷却,消除应力。