4.焊接残余变形
纵向收缩变形及产生的弯曲变形
• 纵向收缩变形结论
1.焊缝纵向收缩量与焊接线能量或主作用区的面积成正比 2.焊缝纵向收缩量与工件横截面面积成反比 3.焊缝绝对收缩量随焊缝长度的增大而增大
纵向收缩量的计算
1.单层焊的纵向收缩量：
F—构件截面积
L K1 FH L
L—构件长度
F
FH --焊缝截面积
3.三向应力：应力沿构件的三个方向作用
焊接应力产生的原因及分类 2
3.根据应力与焊
1.纵向应力：应力作用方 向与焊缝平行
缝的相对位置 2.横向应力：应力作用方向与焊缝垂直
4.根据应力产生 1.瞬时应力：焊接过程出现的应力 、作用的时间 2.残余应力：焊后留下的应力
5.根据应力 形成原因
1.温度应力：由于焊件不均匀加热引起的应力 2.拘束应力：由于焊件热变形受到拘束引起的应力 3.组织应力：由于接头金属组织转变时体积变化受阻
横向收缩变形及其产生的挠曲变形
通过热变形计算和实验得到
横向收缩变形B大小为
B
qL
qL 焊接线能量
钢板厚度
固定的刚性系数
形 的 实 验 数 据
对 接 接 头 横 向 变
接 头 横 向 收 缩
丁 字 接 头 及 搭 接
横向收缩变形结论
1.变形量：气焊 手工焊 自动焊 2.随焊丝金属量，板厚和坡口角度的增大而增大 3.角焊缝：板越厚，刚度越大，横向收缩小 4.丁字接头：立板越厚，横板上的热能量越小，变形小
• 假定： • 1.单向应力 • 2.线热源，厚度方向上温度是均匀的 • 3.截面保持平面
长板条在中心加热引起的纵向收缩 变形和应力
长板条非对称加热引起的变形和应力
长板条冷却后产生的残余应力和变形
• 残余应力的分 布是：焊缝及 近焊缝区域受 到拉应力，常 达以后随远离 焊缝依次是压 应力，拉应力， 形成三个正负 相间的应力分 布区。
p2
s
t2
t3 0
t
t4 p2
s
3.2 | | s ; Tmax 500oC
3.杆件在拘束条件为加热时不能自由膨 胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力
600o C 500o C
600
500
T T
p4
t1
t2 t3 t4
0
s
3.3 | | s ; Tmax 600oC
t5 t
p4
3.长板条（长宽比>>4~5）在不均 匀温度场作用下变形和应力
s
0
T
p2
T
t1 t2
t4 t
t3 sr
s
受拘束杆件均匀加热、冷却过程中的变形和应力 2.2 | | s ; Tmax 500oC
2.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
T
2.3 | | s ; Tmax 600oC
600o C 500o C
600 500
t1 0
T
p4
s
t2 t3 t4
t6
t5
t t7 s
s
s
受拘束杆件均匀加热、冷却过程中的变形和应力
3.杆件在拘束条件为加热时不能自由膨 胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力
T
t
0
t1
3.1 | | s
3.杆件在拘束条件为加热时不能自由膨 胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力
500o C
500
t1
T
T
焊接方法 CO2焊
埋弧焊
手工焊
材料
低碳钢
低碳钢
奥氏体钢
K1
0.043 0.071~0.076 0.048~0.057
0.076
2.多层焊的收缩量：
L K2K1 FH L F
K2 1 85s n
s
s
E
n 层数
纵向引起弯曲变形结论
1.与焊接线能量或堆焊面积成正比 2.与焊缝偏离板条形心轴的距离成正比 3.与构件的截面惯性矩成反比
横向引起弯曲变形
横向引起弯曲 变形与焊缝 到焊件形心 的距离成正 比
3.1 焊接应力与变形的基本概念
焊接应力产生的原因及分类 1
1.宏观应力：在整个焊接范围平衡的应力
1.按应力的 2.微观应力：在晶粒范围内相互平衡的应力 分布范围 3.超微观应力：在晶格范围平衡的应力
2.根据结构中 的空间位置
1.单向应力：应力沿由变形，把能表现出来的这部分变
形，称为外观变形 。
0
L0 L0
3.内部变形：把未表现出来的那部分变形，称为内
部变形 L
L0
； L L0 LT
焊接残余变形的基本类型
1.纵向收缩变形：构件焊后在平行焊缝的方向上尺寸缩短
2.横向收缩变形：构件焊后在垂直焊缝的方向上尺寸缩短
34..弯角曲变变形形：：焊由后于构焊件缝的的平布面置围偏绕离焊焊缝件产的生形的心角轴位移
不同拘束条件下杆件均匀加热、冷 却时的变形和应力
1.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
杆件一端固定的自由热变形
t
2.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
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
2 .1 | | s
2.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
5.波浪变形：焊后构件程波浪形，在焊薄板中出现
6.错边变形：两焊件热膨胀不一致，所引起的长度或
厚度方向上的错边
纵向横向收缩变形
角变形、弯曲变形和波浪变形
杆件的均匀加热和冷却过程中的变 形和应力
• 简化假定： 1. 金属材料的性参数
、C、、E、 S、 b、
是与温度变化无关的参数
2. 金属的相变温度很高，不考虑组织应力 3. 材料屈服极限与温度变化关系
焊接变形与应力讲解 Stress and reform of welding
本章重点：1.杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力 2.长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力 3.焊接残余变形 4.预防和矫正残余变形的方法 5.焊接残余应力 6.焊接残余应力的调节及消除措施
本章难点：1.杆件的均匀加热、冷却过程的变形与应力 2.长板条在不均匀温度场作用下的变形与应力 3.焊接残余变形 4.焊接残余应力
焊接变形产生原因及分类 1
1.自由变形：当金属物体温度发生变化，或发生了 相变，其尺寸和形状就要发生变化，如果这种变 化没有受到外界的阻碍而自由的进行。
LT L0 [T1 T0 ]
单位长度的自由变形量：
T
LT L0
[T1
T0 ]
焊接变形产生原因及分类 2
2.外观变形：当金属物在温度变化过程中受到阻碍，