焊接变形分析方法
钢结构焊接问题实例分析
钢结构焊接问题实例分析钢结构焊接是一种常见的连接方式，广泛应用于建筑、桥梁、船舶等领域。
然而，在实际的焊接过程中，常常会出现一些问题，如焊接变形、裂纹、焊接缺陷等。
本文将通过分析几个实例，来深入探讨钢结构焊接中可能会遇到的问题及其解决方案。
一、焊接变形问题焊接变形是钢结构焊接过程中常见的问题之一，特别是在大尺寸钢构件的焊接中更加明显。
在焊接过程中，由于局部加热和冷却引起的热膨胀和收缩，会导致钢构件的形状发生变化。
这种变形不仅影响美观，还可能影响结构的力学性能。
解决焊接变形问题的方法主要包括以下几点：1.合理选择焊接方法：选择合适的焊接方法和参数，如使用低温焊接或预加热等方法可以减少焊接变形的发生。
2.控制热输入：控制焊接的热输入，减少焊接过程中产生的热量，可以降低钢构件的变形。
3.采用防变形措施：在焊接前后采取一些防变形的措施，如设置支撑、预伸杆等，能够有效减少焊接变形的发生。
二、焊接裂纹问题焊接裂纹是另一个常见的焊接问题，在钢结构焊接中经常会遇到。
焊接裂纹的形成主要是由于焊接过程中的应力和热应力引起的，尤其是在高强度钢材的焊接中更容易出现。
针对焊接裂纹问题，我们可以采取以下措施来进行预防和处理：1.合理设计焊缝：合理设计焊缝的形状和尺寸，减少焊接应力的集中和积累，降低产生裂纹的可能性。
2.控制焊接工艺：控制焊接的温度和速度，减少焊接过程中产生的应力，防止裂纹的形成。
3.使用适当的焊接材料：选择具有良好韧性和抗裂性能的焊接材料，能够有效减少裂纹的发生。
三、焊接缺陷问题除了焊接变形和焊接裂纹，焊接过程中还可能出现一些焊接缺陷，如气孔、夹渣、焊缝间隙等。
这些焊接缺陷可能会影响焊接接头的强度和密封性，从而影响结构的使用寿命和安全性。
针对焊接缺陷问题，我们可以采取以下方法进行处理和预防：1.加强焊接工艺控制：加强焊接过程中的质量控制，如严格按照焊接工艺规范进行操作，控制焊接参数，减少焊接缺陷的产生。
2.增加检测手段：加强焊接接头的质量检测，如采用超声波检测、X射线检测等方法，能够及时发现和修复焊接缺陷。
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。
焊接变形和应力分析研究
焊接变形和应力分析研究一、引言焊接是一种加工工艺，广泛应用于现代制造业中。
在焊接过程中，常常会出现变形和应力等问题，严重影响焊接质量和结构性能。
因此，研究焊接变形和应力分析，可以帮助解决焊接过程中的一系列问题，提高焊接质量和工艺效率。
二、焊接变形分析焊接变形是指焊接过程中由于热力学效应和热应力引起的结构内部和表面的形状、尺寸、位置等的变化。
焊接变形是焊接过程中的一个困难和矛盾，它不仅影响焊接质量，而且与加工、装配、使用和维护等各个环节都有密切关系。
1. 焊接变形的原因1.1 焊接过程热力学效应的影响焊接过程中，当电弧抵达材料时，电流和热流密度很高，使得焊接池的表面温度迅速达到熔点以上。
随着热输入的不断增加，熔体的深度也会增加。
在热输入过程中，熔池表面的液态金属因为表面张力的作用形成一个球形，从而引起了表面张力的变形。
1.2 焊接过程中热应力的影响焊接过程中，熔池和周围的基材因为温度的改变而发生膨胀和收缩，从而出现热应力。
由于基体的热应力是由非均匀变形引起的，所以其变形程度与焊接过程中的热输入大小、焊接电流的强度、焊接速度等因素都有关系。
2. 焊接变形的类型在焊接过程中，焊接件的变形有两个方面，分别是内部变形和外部变形。
内部变形是指焊接件在达到平衡状态后，由于形变结束而引起的内部变形现象。
外部变形是指焊接件在被约束时，由于外力作用而引起的趋势变化。
三、焊接应力分析焊接应力是指焊接过程中由于热力学效应和热应力引起的结构内部和表面的应力变化。
焊接应力是焊接件的重要性能指标之一，其大小和分布直接影响到焊接件的长期使用性能和安全性。
因此，研究焊接应力分析，对于提高焊接质量和结构强度具有重要意义。
1. 焊接应力的产生原因焊接应力的产生源于焊接过程中发生的热力学效应和热应力过程。
热力学效应包括热膨胀、热应力和热变形等现象，热应力包括几何约束应力和内部应力。
这两个因素共同作用导致了焊接应力的产生。
2. 焊接应力的类型焊接应力分为内部应力和几何约束应力两种类型。
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。
焊接变形原因分析及其防止措施
焊接变形原因分析及其防止措施摘要：本文重点对常见焊接变形的原因进行分析，并根据原因分别从设计和工艺两个方面论述防止变形的措施。
关键词：焊接变形原因分析防止措施随着新材料、新结构和新焊接工艺的不断发展，有越来越多的焊接应力变形和强度问题需要研究。
焊接变形在焊接结构生产中经常出现，如果构件上出现了变形，不但影响结构尺寸的准确性和外观美观，而且有可能降低结构的承载能力，引起事故。
同时校正焊接变形需要花费许多工时，有的变形很大，甚至无法校正，造成废品，给企业带来损失。
因此掌握焊接变形的规律和控制焊接变形具有十分重要的现实意义。
一、焊接变形种类生产中常见的焊接变形主要有纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形、错边变形、螺旋变形。
这几种变形在焊接结构中往往并不是单独出现，而是同时出现，相互影响。
在这里重点对生产中经常出现的纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、错边变形进行分析。
二、焊接变形原因分析1.纵向收缩变形。
焊接时，焊缝及其附近的金属由于在高温下自由变形受到阻碍，产生的压缩性变形，在平行于焊缝的变形称之为纵向收缩性变形。
焊缝纵向收缩变形量可近似的用塑性变形区面积S来衡量，变形区面积S于焊接线能量有直接关系，焊接线能量越小，S越小，反之S越大。
同样截面的焊缝可以一次焊成，也可以分几层焊成，多层焊每次所用的线能量比单层焊时小得多，因此每层焊缝产生的塑性变形区的面积S比单层焊时小，但多层焊所引起的总变形量并不等于各层焊缝的总和。
因为各层所产生的塑性变形区面积和是相互重叠的。
从上述分析可以看出多层焊所引起的纵向收缩比单层焊小，所以分的层数越多，每层所用的线能量就越小，变形也越小。
2.横向收缩变形。
横向收缩变形是指垂直于焊缝方向的变形，焊缝不但发生纵向收缩变形，同时也发生横向收缩变形，其变形产生的过程比较复杂，下面分几种焊缝情况来分析。
2.1堆焊和角焊缝。
首先研究在平板全长上对焊一条焊缝的情况。
当板很窄，可以把焊缝当作沿全长同时加热，采用分析纵向收缩的方法加以处理。
焊接技术中常见问题解析及解决方案大全
焊接技术中常见问题解析及解决方案大全焊接技术在现代工业中扮演着重要的角色，它能够将金属材料连接在一起，为各行各业的制造业提供了必不可少的工艺。
然而，在实际的焊接过程中，常常会遇到一些问题，如焊缝质量不合格、焊接变形、焊接材料选择不当等。
本文将针对焊接技术中的常见问题进行解析，并提供相应的解决方案。
一、焊缝质量不合格问题1.焊缝质量不达标的原因分析焊缝质量不达标的原因可能有很多，包括焊接参数设置不合理、焊接材料质量差、焊接设备故障等。
其中，焊接参数设置不合理是最常见的原因之一。
焊接参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度等，如果这些参数设置不当，就会导致焊缝质量不合格。
2.解决方案要解决焊缝质量不合格的问题，首先需要对焊接参数进行合理设置。
根据焊接材料的种类和厚度，选择适当的焊接电流和焊接电压，控制好焊接速度，以确保焊缝质量达标。
此外，还需要注意焊接材料的质量，选择合适的焊接材料，确保其符合相关标准。
二、焊接变形问题1.焊接变形的原因分析焊接变形是指焊接过程中由于热应力引起的金属材料变形现象。
焊接变形的原因主要有焊接热量过大、焊接速度过快、焊接材料选择不当等。
其中，焊接热量过大是导致焊接变形的主要原因之一。
2.解决方案要解决焊接变形的问题，首先需要控制好焊接热量。
可以采用预热的方法，在焊接前对焊接部位进行加热，以减小焊接热量对金属材料的影响。
此外，还可以采用焊接顺序控制的方法，即先焊接靠近焊接部位的位置，再焊接远离焊接部位的位置，以减小焊接热量对金属材料的影响。
三、焊接材料选择不当问题1.焊接材料选择不当的原因分析焊接材料选择不当可能会导致焊接质量不合格、焊接强度不够等问题。
焊接材料选择不当的原因主要有材料强度不匹配、材料成分不合理等。
2.解决方案要解决焊接材料选择不当的问题，首先需要对焊接材料进行合理选择。
根据焊接部位的要求，选择合适的焊接材料，确保其强度和成分与焊接部位相匹配。
此外，还需要对焊接材料进行严格的质量检测，确保其质量符合相关标准。
焊接过程中常见问题分析与解决方法
焊接过程中常见问题分析与解决方法焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于工业生产和建筑领域。
然而，在焊接过程中常常会遇到一些问题，如焊接缺陷、焊接变形等。
本文将分析并提供解决这些常见问题的方法。
一、焊接缺陷的分析与解决1. 焊缝开裂焊缝开裂是焊接过程中常见的问题之一。
开裂可能是由于焊接材料的选择不当、焊接过程中的温度控制不当或焊接材料的应力集中等原因引起的。
解决这个问题的方法包括：- 选择合适的焊接材料，确保其具有良好的焊接性能和抗裂能力；- 控制焊接过程中的温度，避免温度变化过大；- 通过预热和后热处理等方法来缓解焊接材料的应力。
2. 焊缝气孔焊缝中的气孔是焊接过程中常见的缺陷之一，可能是由于焊接材料中含有气体、焊接过程中的气体保护不足或焊接材料表面有污染物等原因引起的。
解决这个问题的方法包括：- 选择含气体较少的焊接材料；- 加强焊接过程中的气体保护，确保焊接区域不受氧气和其他气体的污染；- 在焊接前清洁焊接材料表面，确保其无污染物。
3. 焊缝夹渣焊缝中的夹渣是焊接过程中常见的缺陷之一，可能是由于焊接材料中含有杂质、焊接过程中的熔融金属流动不畅或焊接材料表面有污染物等原因引起的。
解决这个问题的方法包括：- 选择含杂质较少的焊接材料；- 控制焊接过程中的熔融金属流动，确保其顺畅；- 在焊接前清洁焊接材料表面，确保其无污染物。
二、焊接变形的分析与解决焊接过程中的变形是一个常见而严重的问题。
焊接过程中，由于热量的集中作用，焊接材料会发生热胀冷缩，导致焊接件产生变形。
解决这个问题的方法包括：1. 控制焊接过程中的温度分布通过合理的焊接参数设置和热量控制，可以使焊接件的温度分布均匀，减少变形的发生。
例如，可以采用预热和后热处理等方法来缓解焊接材料的应力，减少变形的发生。
2. 采用适当的焊接顺序在焊接多个零件时，可以采用适当的焊接顺序，先焊接较薄的零件，再焊接较厚的零件，以减少焊接件的变形。
3. 使用焊接夹具在焊接过程中，可以使用焊接夹具来固定焊接件，减少变形的发生。
焊接变形控制技术的研究
焊接变形控制技术的研究1. 引言焊接是一种常用的金属连接技术，广泛应用于制造业领域。
然而，在焊接过程中，由于热量的集中作用和材料的热胀冷缩，常常会产生焊接变形，给制造过程和产品质量带来挑战。
因此，研究焊接变形控制技术非常重要。
本文将对焊接变形控制技术的研究进行探讨，包括焊接变形的原因分析、变形控制方法、数值模拟分析等方面。
2. 焊接变形的原因分析焊接变形的原因主要包括热应力和残余应力两个方面。
2.1 热应力焊接过程中，焊接区域的材料受到高温的影响，会发生热胀冷缩现象。
当焊接材料的温度变化时，材料的体积也会发生相应的变化，导致焊接变形。
热应力可以分为两种类型：热收缩应力和热弹性应力。
热收缩应力是指焊接材料受到热胀冷缩引起的应力。
焊缝两侧的材料在焊接冷却过程中会收缩，而焊缝中心的材料则受到约束无法自由收缩，从而产生应力。
热弹性应力是指焊接材料在加热过程中由于温度梯度引起的应力。
焊接过程中，焊接区域的温度会迅速升高，而周围区域的温度变化较小，因此在焊接区域会出现温度梯度，导致材料内部产生应力。
2.2 残余应力焊接完成后，焊接材料冷却时会产生残余应力。
焊接过程中受到的热应力会导致材料的形状发生变化，而冷却过程中材料又会发生收缩，产生新的应力。
这些残余应力可使焊接结构变形。
3. 变形控制方法为了控制焊接变形，可以采用以下方法：3.1 优化焊接工艺参数通过调整焊接工艺参数，如焊接速度、焊接电流、焊接压力等，可以有效控制焊接变形。
合理的焊接参数可以减小焊接材料收缩和应力的影响，从而减少变形。
3.2 使用焊接变形补偿装置焊接变形补偿装置是一种特殊的装置，可以在焊接过程中对焊接材料进行补偿，从而减小焊接变形的影响。
例如，焊接变形补偿装置可以通过引入相反方向的变形来抵消焊接变形。
3.3 采用局部预热和后热处理局部预热是指在焊接前对焊接区域进行局部加热。
预热可以减小焊接区域的温度梯度，从而减小焊接变形。
后热处理是指在焊接完成后对焊接区域进行加热处理，以消除残余应力。
模块焊接后变形原因分析
模块焊接后变形原因分析一、焊接热源引起的模块变形1.焊接热量引起的温度差异：在焊接过程中，焊接点会受到高温的热源，而其他区域则处于常温或低温状态，因此产生了焊接点周围的温度差异。
这种温度差异会引起局部热膨胀和冷却收缩，从而导致模块的变形。
2.焊接产生的应力：焊接过程中，焊缝会产生应力，尤其是焊接结构复杂或材料厚度不一致的模块。
这些应力会导致模块发生变形。
二、焊接过程中的工艺参数导致的模块变形1.焊接速度不均匀：焊接过程中，如果焊接速度不均匀，会导致焊接点的温度不均匀，从而引起焊接点周围的变形。
2.焊接过程中的应力控制不当：焊接过程中，过大或过小的应力都会导致模块的变形。
比如焊接时过大的挤压力会压扁焊缝，而焊接时过小的挤压力则容易导致焊接不牢固。
三、材料变形导致的模块变形1.焊接材料的热膨胀系数不同：焊接材料的热膨胀系数不同，当在焊接过程中受到高温热源时，热膨胀系数较大的材料会产生较大的膨胀，从而导致模块的变形。
2.材料的残余应力：在焊接过程中，材料会产生残余应力。
如果这些残余应力不能得到适当的释放，会导致模块在后续使用过程中继续变形。
四、设计和加工误差导致的模块变形1.模块设计不合理：模块的设计不合理，如强度不足、刚度不够等问题，会使模块在焊接过程中更容易发生变形。
2.零件加工精度不高：如果焊接之前的零件加工精度不高，即使焊接过程中没有其他问题，也会导致模块变形。
综上所述，模块焊接后的变形有多种原因，包括焊接热源引起的热膨胀和冷却收缩、焊接产生的应力、焊接过程中的工艺参数、材料的热膨胀系数和残余应力以及设计和加工误差等。
为了减少模块焊接后的变形，可以从控制焊接参数、选用合适的材料、进行适当的热处理、改善设计和加工精度等方面入手，并在焊接前进行充分的分析和优化设计。
托架总成焊接变形分析和控制
决案 方
托架总成焊 接变形 分析 和控制
陕西 北 方 动 力 有 限 责 任 公 司 （ 鸡 宝 ７ １０ ２ ３ ０） 王娟侠 刘永林 李 俊 梅
１ ．问题 的 提 出 托架 总成是 风 冷 柴 油 机 的 重 要 焊 接 件 ，其 尺 寸 直接 影响 带 轮 的装 配 间 隙 。因 焊 接 变 形 大 ，引起 外 观质 量差 、尺 寸 不 稳 定 ，造 成 良品 率 极 低 、生 产 成 本较 高 、生 产周 期 长 及 生 产 任 务 拖 后 。为 摆 脱 这 种 “ 、要 、靠 ” 的被 动局 面 ，我 们 对制 约产 品 质量 的 等 因素进 行改进 。 ２ ．变形 分 析 和 控 制 图 １是托 架 总 成 产 品 。加 工 的 难 点 是 控 制 孔 距 尺寸 ，保 证孔 的 同轴 度公 差为 ４ ． ｎｎ，焊 缝 均匀 平 ， ３ ｌｌ ０ 整 ， 允 许有 脱 焊 、夹 渣等 焊接 缺 陷 ，为 此 决 定 从
Ｏ
分段反 向的方法 ，同时辅 之 以快 冷 以减 少 焊 接变 形 。
焊 脚尺寸 较 大 ，焊缝 的纵 向收 缩 势 必 造 成 支撑 板 的
弯曲变形 ，冈此 在 焊 接 时单 人 对 称 施 焊 。 为控 制孔
图４ 焊接工装
１ 形定位 销 ．球 ５ 活动 支撑
８ ．联接 螺杆
的扭 曲变 形 ，采 用 活动 定 尖螺 旋 夹 紧 机 构 （ 图 ２、 见 图 ３ 。此 装 置定 位 可靠 ，夹 紧牢 固 ，操 作 方便 ，大 ）
以下几方 面人 手 。
图 ２ 顶尖 图 ３ 螺纹夹 紧＿ ｆ 『
４
工 装 费用 。一 副工 装 （ 见图 ４ 可生产 同系列 的多种 ）
焊接变形原因分析及控制
热力校正，利用火焰在焊件上适当的地方加热，然后用水速冷，促 使焊件变形，而达到 焊件恢复到正确形状的目的。
焊接变形原因分析及其防止措施
用校直机冷却校正
热力校正Leabharlann 焊接变形原因分析及其防止措施
应力与应变的概念 一、基本概念
在焊接工作中经常会碰到工件焊接后改变原来的形状，或者焊接操作中或 焊接后发现焊缝断裂，这些现象就是通常所说的变形与应力所引起的。
什么叫变形？所谓变形，就是一定数值的外力加于物体，使物体形状发生 变化，称为变形。若外力消除后，物体能恢复到原来的形状，这种变形称为 弹性变形；若外力消除后，物体不能恢复到原来的形状，则这种变形称为塑 性变形。举个例子：如我们用扁担挑水，水桶将扁担压弯，扁担变形了，若 去掉水桶后，扁担恢复到原来的形状，则这个扁担的变形为弹性变形；若去 掉水桶后，扁担不能恢复到原来的形状，则这个扁担的变形为塑性变形。
变形的原因分分析及防治措施
• 二、焊接时的变形与应力 • 焊接时，焊件产生变形与应力的原因是由于焊件被焊时加热不均匀
所引起的。焊接时，由于电弧热作用，电弧附近周围的金属温度显 著提高，离电弧较远的金属温度就较低，这样焊件就出现不均匀的 热膨胀（如图1-3）。加热部分的金属，根据受热程度不同，就要相 应的伸长，而未加热部分的金属要维持原来的长度，因此加热处的 伸长受到冷金属的阻碍，限制了加热金属部分的自由伸长，于是加 热金属便产生压应力，而冷金属部分产生拉应力。当加热部分产生 的压应力超过金属的屈服点时，就会产生塑性变形。一般金属的屈 服点随着温度的升高而降低，在600℃温度的钢材的屈服点实际等于 零。当冷却时，由于加热金属部分比未焊时短，此时加热金属部分 受到拉应力，冷金属产生压应力。
焊接残余变形的测量与分析实验
焊接残余变形的测量与分析实验一、实验目的1. 学习测量焊接变形的方法，掌握其基本操作技能；2. 加深理解沿板条纵向边缘堆焊时，焊接纵向弯曲变形的动态过程，并深入了解焊接过程中瞬时弯曲挠度的变化规律。
二、实验设备及实验材料1. 直流（或交流）电焊机1台2. 板条夹持装置（自制）1套3. 电流表（0-250A）1只4. 电压表（0-75V）1只5. 百分表1块6. 低碳钢板400 mm×60 mm×100 mm 1块7. 电焊条J422 Φ4 mm 若干8. 秒表1块三、实验原理将板条一端刚性固定，并沿上侧边缘堆焊纵向焊道，则在加热及冷却过程中，板条将产生纵向弯曲，并且弯曲挠度的大小和符号又将不断发生变化。
四、实验方法及步骤1. 取一块低碳钢板，安装于夹具中，并保持刚性固定，以免影响实验结果；2. 将百分表置于钢板自由端，并与钢板下边缘紧密接触；3. 布置并连接好实验设备和实验装置；4. 将J422型电焊条装夹在手工焊钳口中，接入电流表，电压表，而后接通焊接电源。
5. 在钢板的上边缘侧边进行纵向敷焊，焊接方向为自板条的固定端开始焊向自由端，焊接电弧引燃后随即启动秒表计时，要求在60s内焊完。
每隔10s记录一次百分表读数。
6. 焊接完毕后，继续记录时间与百分读数，直至钢板变冷，百分表指针不再摆动。
五、实验结果的整理与分析1. 焊接电流I和焊接电压U皆取焊接过程中仪表指针的稳定指示幅值，焊接速度V为焊道长度与焊接时间之比值；2. 根据百分表读数，得出板条自由端弯曲变形挠度f与时间t的关系曲线的纵坐标f值（mm）；3. 分析焊接规范及板条宽度不变的条件下，总结出板条自由端挠度与时间的关系曲线（f－t曲线）的规律性。
六、思考题1. 沿板边缘纵向敷焊过程中，板条自由端的纵向弯曲挠度为什么有符号的改变？2. 实验结果的规律性是否明显？有何异常现象？出现异常现象的原因是什么？七、实验报告要求1. 实验目的2. 实验装置与实验材料3. 实验步骤，实验数据4. 数据处理及结果分析（1）绘出f－t关系曲线（2）写出实验体会与建议。
焊接变形与残余应力的数值模拟分析
焊接变形与残余应力的数值模拟分析随着工业技术的发展，焊接已经成为了现代制造业中不可或缺的一种加工工艺。
焊接的应用范围非常广泛，从车辆制造到建筑结构，从航空航天到电子竞技设备，焊接技术都有所涉及。
然而，焊接过程中会产生残余应力和变形问题，严重影响焊接件的品质和性能，甚至可能导致失效。
因此，了解焊接变形和残余应力问题，进行数值模拟分析是非常重要的。
一、焊接变形焊接变形是焊接过程中最常见的问题之一。
变形不仅影响焊接件的外观美观，还会影响其安装和使用。
焊接变形的产生原因有很多，其中包括热应力、物理收缩、材料弹性性质的变化等。
因此，减少焊接变形是焊接过程中必须解决的技术问题。
在数值模拟中，我们一般采用有限元法来模拟焊接变形。
这种方法可以对焊接前后零件的状态进行精确的数值计算。
在计算过程中，我们需要考虑材料的物理性质、热加工条件和焊接过程中零件的固定方法等。
通过数值模拟，我们可以预测焊接变形的量、方向和位置，从而采取相应的措施进行修正，保证焊接件的完整性和质量。
二、残余应力焊接残余应力是指焊接过程中留下的静态应力。
这种应力会影响焊接件的耐用性和安全性，容易引起裂纹和变形。
在某些情况下，焊接残余应力甚至可能导致焊接件的失效。
因此，减少焊接残余应力是非常重要的。
数值模拟还可以用来分析焊接残余应力。
在数值模拟时，我们一般采用热-弹性-塑性的有限元法进行计算。
这种方法考虑了焊接过程中不同材料之间的热胀缩差异、热致塑性变形和残余应力等因素。
通过数值模拟，我们可以预测焊接件上的残余应力分布情况，从而采取相应的措施进行消除或者减少。
三、模拟结果的验证由于焊接变形和残余应力问题十分复杂，需要考虑很多因素。
因此，数值模拟结果仅供参考，需要进行实验验证。
提高焊接件的精度和焊接品质，可以采用慢速焊接、增加支撑和焊接等离子体，并对焊接过程中的参数进行充分的控制。
同时，可以使用补偿焊接，通过防止变形和残余应力问题的技术手段，来消除材料的塑性变形和残余应力。
管道装配焊接变形与应力分析
管道装配焊接变形与应力分析管道装配焊接是一项重要的工艺，在建筑、能源、石化等行业中得到广泛应用。
然而，焊接过程中的变形和应力问题常常困扰着焊接工程师和技术人员。
本文将探讨管道装配焊接的变形与应力问题，并提出一些解决方案。
首先，我们来讨论管道装配焊接过程中的变形问题。
焊接过程中，由于高温引起的热膨胀和冷却收缩会导致管道发生变形。
这种变形主要表现在两个方面：纵向变形和横向变形。
纵向变形是指管道在焊接过程中沿管道轴向方向发生的变形。
主要原因是焊缝的热量会导致焊接区域的热膨胀，从而使管道产生纵向变形。
为了减少纵向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接过程中，对管道进行适当的加热和预热，以减小焊接区域的温度梯度；其次，可以使用焊接变形补偿装置，如夹具、支架等，来抵消管道的变形。
横向变形是指管道在焊接过程中在管道横截面方向上发生的变形。
这种变形主要是由于焊接热量引起的冷却收缩不均匀所造成的。
为了减少横向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接前可以对管道进行适当的预变形处理，使其在焊接后能够恢复到正常状态；其次，可以使用内支撑物或内衬等方法来减小焊接区域的压缩变形。
除了变形问题，管道装配焊接还会产生应力问题。
焊接过程中的应力主要分为两种：残余应力和热应力。
残余应力是指焊接完成后，管道内部和外部的应力状态。
由于焊接过程中的温度变化和热膨胀，焊接接头处会产生应力集中，从而导致残余应力的产生。
这些残余应力如果得不到合理的处理，会对管道的强度和稳定性造成影响。
因此，我们需要对管道进行适当的应力释放处理，例如进行热处理或机械补偿等。
热应力是指焊接过程中的应力变化。
焊接时，由于焊接区域的温度急剧升高和冷却速度快，会导致焊接接头附近的材料发生塑性变形，从而产生应力。
为了减少热应力的产生，可以采取以下措施：控制焊接过程中的温度，避免过高的焊接温度和过长的焊接时间；采用合适的焊接方法和焊接参数，以减小焊接区域的热输入。
在实际的焊接工程中，理论知识的运用往往是不够的。
焊接前后工件变形分析及解决方法
焊接件后工件变形分析焊接变形影响因素焊接变形的原因；由于焊接时局部加热膨胀作用和局部冷却时收缩作用造成的，即当局部加热膨胀时受到了未加热部分的压缩作用、和局部冷却收缩时受到了未加热部分牵拉作用。
所以经过焊接后的工件和材料本身就发生了尺寸的改变、形状的改变、和位置的改变。
焊接变形的方式：1、纵向应力变形：是指顺着焊缝方向发生的变形。
2、横向应力变形：是指在焊缝左右横向方面发生的变形。
3、弯曲变形：是指在焊缝垂直上下方向发生的变形。
焊接变形与内应力的关系:在钢板焊接时，当有较大热量输入量的情况下，1.板材越薄越容易产生较大变形，但板材内部的应力较小；2.板材越厚越不易产生变形，但板材内部可能存在较大应力；3.在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大，应力越多，越容易变形；4.焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向、横向及角变形影响趋势是一致，且是主要的影响因素；减少或消除焊接内应力的主要措施从消除内应力原理上看：1.焊接时尽量减少热输入量和尽量减少填充金属。
2.阻焊结构应合理分配各个组单元，并进行合理的组队焊接。
3.位于构件刚性最大的部位最后焊接。
4.由中间向两侧对称进行焊接从设计角度看，防止措施：1.结构设计中尽可能减少不必要的焊缝2.结构设计中在保证结构承载能力条件下，尽量采用较小焊缝尺寸3.安排焊缝尽量对称于结构件截面中性轴从工艺角度看，焊接顺序的基本规则先焊对接焊缝，然后焊角焊缝或环焊缝；先焊短焊缝，后焊长焊缝；先焊对接焊缝，后焊环焊缝；当存在焊接应力时，先焊拉应力区，后焊剪应力和压应力区；操作者焊接前后减少或消除焊接内应力的主要措施1.预热法：构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。
焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减少焊接残余应力。
2.锤击：焊后用小锤轻敲焊缝及向邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。
3.振动法：构件承受载荷应力达到一定数值，经过多次循环加载后，结构中的残余应力逐渐降低，即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。
焊接变形原因分析及其防止措施
３ ｉ ２ 对 接接头 时角变 形 。对 接接头 的坡 口角度 以及焊缝 截 面形状 对 于对 接接 头的 角变 形影 响很 大 ，坡 口角度 越 大 ，焊 接 接头 上部 及下 部 横 向收缩量 的差 别就 越 大 。可 以用 对称坡 口 ｘ型 代替 Ｙ型坡 口 ，这 样 有利 于减 小角变 形 。所 以焊 接 角变形 ，不 但 与坡 口形 势和焊 缝截 面 形 状有 关 ，而且还 和焊 接方 式 有关 。对 于 同样 的板厚 和坡 口形 式 ，多层 焊 比单层 焊角变 形 大 ，焊 接 层数 越多 ，角 变形 越大 ，多 道焊 比 多层焊 角变 形大 。 ３ ． ３角焊缝 时 角变形 。 角焊 缝对 于丁 字接 头 的焊缝 最 为明显 ，这 里 以丁字 接头焊 缝来 分析 。丁字 接头 的角 变形 包括 两个 内容 ，筋 板与 主板 的角度变 化和主 板本 身的角变 形 。前者相 当于对 接接头 的 角变形 。 对于不 开坡 口的角焊 缝来说 ，它 的变形相 当于坡 口为 ９ Ｏ 度 时 的对 接焊 缝的 角变形 ，而 对主 板来 说 ，它就 相 当于 在平板 上 进行 堆焊 时 引起 的 角变形 。这 两种 变形 的综 合结 果 ，使 丁字形 接头 两板 间的 角度发 生变 化 ，破坏 了垂 直度 ，也破坏 了平板 的平直 度 。
、
二 、焊 接变形 原 因分 析
１ ． 纵 向收缩 变形 。焊 接 时 ，焊 缝 及 其 附近 的金 属 由于 在 高温 下 自 由变 形受 到阻 碍 ，产生 的压 缩 性变 形 ，在平 行 于焊 缝 的变形 称 之为 纵 向收 缩性 变形 。焊 缝纵 向收 缩变 形 量可 近似 的 用塑性 变 形区 面积 Ｓ来 衡 量 ，变形 区 面积 ｓ于焊 接 线能 量 有 直接 关 系 ，焊接 线 能 量越 小 ，ｓ 越 小 ，反之 ｓ越大 。同样截 面 的焊缝 可 以一 次焊 成 ，也 可 以分几 层焊 成 ，多层焊 每 次所 用的 线能 量 比单 层焊 时小 得 多 ，因此 每层 焊缝 产 生 的塑 性变形 区的面 积 Ｓ比单 层焊 时 小 ，但多 层焊 所 引起 的总 变形 量并 不 等 于各层 焊缝 的 总和 。 因为各 层所 产 生的 塑性 变形 区 面积 和是 相 互
焊接过程中的变形与残余应力分析
焊接过程中的变形与残余应力分析引言：焊接是一种常见的金属连接工艺，广泛应用于制造业和建筑工程中。
然而，在焊接过程中，由于高温和冷却过程中的热收缩，会导致焊接件发生变形和残余应力。
本文将探讨焊接过程中的变形和残余应力产生的原因，并介绍一些常见的分析方法和解决方案。
一、焊接过程中的变形1.1 焊接热源对金属的影响焊接过程中，焊接热源的加热会引起焊接件的温度升高，导致焊接件发生热膨胀。
当焊接完成后，焊接件冷却时，会发生热收缩。
这种热膨胀和热收缩会导致焊接件发生变形。
1.2 焊接过程中的应力分布焊接过程中，焊接热源引起的温度变化会导致焊接件内部产生应力。
这些应力会导致焊接件发生变形。
特别是在焊接过程中，焊接件的不同部位会受到不同的应力作用，从而引起焊接件的变形。
二、焊接过程中的残余应力2.1 焊接残余应力的形成机制焊接过程中，焊接件在冷却过程中会发生热收缩，但由于焊接件与周围环境的约束，无法自由收缩。
这导致焊接件内部产生残余应力。
残余应力的大小和分布会影响焊接件的性能和使用寿命。
2.2 焊接残余应力对焊接件的影响焊接残余应力会导致焊接件发生变形、裂纹和变脆等问题。
残余应力还会降低焊接件的疲劳寿命和承载能力。
因此，对焊接残余应力进行分析和控制是确保焊接质量的重要环节。
三、焊接过程中变形与残余应力的分析方法3.1 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的分析焊接过程中变形和残余应力的方法。
通过建立焊接过程的数学模型，可以模拟焊接过程中的温度场和应力场。
这种方法可以预测焊接件的变形和残余应力，并优化焊接工艺参数。
3.2 实验方法实验方法是另一种常用的分析焊接过程中变形和残余应力的方法。
通过测量焊接件的变形和残余应力，可以了解焊接过程中的变形和残余应力分布。
实验方法可以验证数值模拟结果的准确性，并为焊接工艺的优化提供参考。
四、焊接过程中变形与残余应力的解决方案4.1 焊接变形的解决方案为了减少焊接变形，可以采取以下措施：- 优化焊接工艺参数，如焊接速度和焊接顺序，以减小热输入和热影响区域。
搭接接头与t型接头焊接角变形的分析
搭接接头与t型接头焊接角变形的分析引言：搭接接头与T型接头是金属材料在制造过程中使用最多的两种接头。
与其他接头相比，它们具有独特的功能和结构。
焊接角变形是搭接和T型接头的一个重要问题，不仅会影响焊接的结构性能，还会影响它们的使用寿命。
因此，分析焊接角变形对搭接和T型接头的影响是重要的。
一、搭接接头变形分析1、焊接搭接接头变形的因素搭接接头因受力变形主要有：焊接温度、材料参数、搭接尺寸和设计、加工变形、焊接方法等。
（1）焊接温度：焊接温度升高时，搭接接头会发生变形。
由于材料的温度膨胀，搭接接头会发生变形，这会导致搭接接头的尺寸变化，疲劳强度和受力下的变形也会降低。
（2）材料参数：材料参数包括材料的弹性模量、抗拉强度和热膨胀系数等。
当材料的抗拉强度和弹性模量较高时，搭接接头的变形会减小；当材料的热膨胀系数较高时，搭接接头的变形会增大。
（3）搭接尺寸和设计：搭接接头的变形主要取决于搭接尺寸和设计。
正确的搭接尺寸和设计可以减少搭接接头的变形，使其更加稳定可靠。
（4）加工变形：加工变形是指搭接接头经过加工后自身发生的变形。
加工变形主要有拉伸变形、冲击变形和压缩变形等。
（5）焊接方法：焊接搭接接头的方法不同，可能会导致焊缝的温度和对接头及其介质的作用不同，从而导致接头的变形不同。
2、搭接接头变形的影响搭接接头变形会导致接头强度及其疲劳性能下降，影响材料在结构上的使用寿命。
搭接接头的变形还会影响焊接部件的外观。
在搭接过程中，搭接接头的变形会导致焊接接头的密封性和连接性能下降。
二、T型接头变形分析1、T型接头变形的因素T型接头变形的因素主要有：焊接温度、材料参数、T型接头尺寸和设计、加工变形、焊接工艺等。
（1）焊接温度：焊接温度升高，T型接头会发生变形。
热膨胀会导致T型接头尺寸变化，疲劳强度和受力下的变形也会降低。
（2）材料参数：材料参数包括材料的弹性模量、抗拉强度和热膨胀系数等。
当材料的抗拉强度和弹性模量较高时，T型接头的变形会减小；当材料的热膨胀系数较高时，T型接头的变形会增大。
平板焊接变形的测量与分析
平板焊接变形的测量与分析、实验目的1 •掌握平板收缩变形、挠曲变形及角变形的基本方法。
2 •熟悉平板堆焊收缩变形、挠曲变形及角变形的产生原因和分布规律。
3 •了解不同厚度、不同线能量对收缩变形、挠曲变形及角变形大小的影响。
二、焊接设备、实验条件及测量工具和仪器（一）焊接方法及设备焊接方法：手工电弧焊。
焊接设备：交流弧焊机及其辅助设施。
（二）实验条件1 .试件尺寸：2mm x 150mm >300mm6mm x 150mm X300mm2 •试件材料：Q235A3 .焊接规范见卜表板厚焊接电流2mm90A110A6mm170A190A4 .测点分布如下图1 2所示3。
图1 2mm 板测点分布图2 6mm 板测点分布6mm 板：横向收缩、角变形以及挠曲变形均测。
2mm 板：只测角变形及挠曲变形。
（三）测量工具与仪器测量仪器包括：1 ,引伸仪；2 •游标卡尺；3 •钢板尺。
三、测量方法1、横向收缩变形的测量横向收缩变形采用引伸仪来测量。
引伸仪结构见图图3引伸仪结构示意图其中：1 •百分表；2 •铰链；3 •活动支腿；4 •固定支腿；5 •弹簧。
对应图2中A、B、C、F、G、H六条横线，把引伸仪的活动支腿3 放在竖线L上的洋冲孔内，拉动引伸仪，是活动支腿4放在竖线P上对应的孔内，从百分表中读出焊前孔间距的原始数值BO，焊后测出间距数值Bl o分别填入附表内，其差值即为焊接所引起的横向收缩变形值。
赶泣塑哩鳗互曳丝下表面差值的平均值即为该位置的横向收缩变形值。
2、挠曲变形的测量挠曲变形的测量采用带支腿的钢板尺和游标卡尺来测量。
图4挠曲变形测量示意图如图4所示，1为带支腿的钢板尺，2为试件。
使用游标卡尺分别测出焊前、焊后的高度h，分别记为hl、h2填入附表内，其差值即为焊接所引起的挠曲变形。
对Zmm板需测量图1中J、K、L、M、N、P、Q、R 八条竖线上的挠曲变形。
对6mm板需测量图2中J、L、M、N、P、R六条竖线上的挠曲变形。
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求解
在焊缝附近施加与固有应变相等的初始应变，通过一 次弹性板单元有限元分析求的整个结构的焊接变形。
存在的问题：固有应变的确定？固有应变的施加？
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极厚板
在向极厚板上堆置焊道时纵向固有应变总和（假定为
适用性
计算效率 以材料力学和焊接应力应变为基础 计算效率高 具有一定准确性 适合简单结构焊接变形的估算
缺点 没有焊接变形瞬态过程 不能计算焊接残余应力
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固有应变有限元法
特点
固有应变有限元法是一种既能解决大型复杂结构，又比 较经济的预测焊接变形的方法。 考虑到焊接的实际情况，焊件局部加热到很高温度，而 周围温度较低的部位不能自由伸长，对加热部分的热膨 胀产生约束作用，只是焊缝及其附近的高温区累积了压 缩塑性变形。 可以认为固有应变仅存在焊缝及其附近。因此如果能够 知道固有应变的分布规律，那么就可以把固有应变作为 初始应变施加于焊缝及其附近的一定区域，仅用一次弹 性有限元计算来预测残余应力和变形的大小。
∫ Wx =
2ε2 εs
0.484
α cρ
Q
εm
dεm
薄板焊接时的纵向固有应变
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多道焊纵向应变
当计算m个焊道焊接变形时，整个接头的纵向固有应变 总和按下式确定：
Wm
=
(1+ 8
εsm αθ
)Wxm
cρ
式中，εs=材料的屈服应变；α=热膨胀系数；c=比热容（J/g⋅℃）；ρ―熔化金属 的密度（g/cm3）；θ=加热系数（J/cm3）。
Thermo-elastic-plastic
cT&− kΔT = r + ΔHξ&− Σ : E&p 热弹塑性方法
Thermal-stress
Heat generated by mechanical work
traStnrsefsosr-imnatdiuocned
PT kinetics models ：
优点 能模拟焊接过程，预测组织、相变，结果准确； 缺点 计算量很大，不能实用于大型结构。
z Satoh test simulation
试样中组织体积分数的演变
试样中应力的演变
考虑相变的热力耦合有限元方法
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Description model
Materials behavior
Half heated band width, B /mm
Strain /X10-6, Temp. /℃
1000 800
STPT 480
D=340mm, t=53mm, 2L=1800mm VH=220℃ /hr, TH=620℃ , tH=2hr Win=200mm, B=185mm
600
400
200
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下车架主件焊接变形预测
目的： (1)下车架焊接变形评定
法兰平面度：能否先表面加工，后组焊？ 孔的位置度：能否先加工孔的位置，后组焊？ (2) 固有应变有限元法适用性
计算步骤——固有应变法
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strain(axial,EXP)
strain(axial,FEM)
0
temp.
-200 0
50 100 150 200 250 300 350 400 Time /min
Stress /MPa
150
as welded-axial,FEM
after local PWHT-axial,FEM
100
as welded-axial,EXP
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焊接应力应变的基本分析方法
上海交通大学焊接数值模拟实验室 luhao@
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主要内容
1、残余塑变解析方法 2、固有应变有限元方法 3、热弹塑性有限元方法 4、考虑组织演变的热力耦合有限元方法 5、热粘弹塑性有限元方法
1c
180
0.23
－2.10
2a
45
0.84
－0.25
2b1 90（同侧）
1.30
－1.01
顶板与内外环 4 条焊缝
2b2 90（异侧）
0.62
－1.40
2c
180
0.54
－3.23
底板焊缝
3
0.22
1.21
整个模型
4
0.68
－1.06
注：1 编号说明见附件；
2 变形前圆半径 r=574.1667mm，为节点坐标近似值。
⎫ ⎪⎪⎬Wx1 ⎪
⎪⎩
cρ
⎭⎪
式中，hw=腹板厚度；Kf=焊脚高度；ra=塑性应变区深 度。
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固有应变的施加方法
如果要预测残余应力，那么必须了解固有应变详细的分布 形态。
然而若仅仅预测焊接变形，那么只需固有应变的总和及 其位置确定即可保证足够的精度。最简单的方法是把平 均固有应变施加于焊缝及其附近的一个矩形区域 。
——建立几何模型 iges：ProE，UG
——建立有限元模型，包括焊缝模型 网格划分：hypermesh
——确定焊缝固有应变 焊角尺寸，间隙
——确定固有应变区域 ——施加固有应变 ——比较不同焊接顺序下的变形差异
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有限元计算模型
采用1/2计算模型：
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固有应变概念
• 理论上固有应变认为是 焊接应力和变形的源
简单的说固有应变可以 认为是焊缝的残余收缩
固有应变 ε∗ = 外观变形ε−弹性应变εe
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固有应变的影响因素
影响因素： 温度T 对应于焊接条件 拘束度β 对应于结构特征
after local PWHT-axial,EXP
50
0
2.25Cr-Mo
-50
D=216mm
t=23mm
-100
B=110mm
inner surface
-150
-50
0
50
100
150
200
250
Z /mm
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工程应用实例
(1) 下车架主件焊接变形预测 (2) 国家体育馆箱型梁结构焊接变形预测和顺序优化 (3) 如何通过工装来控制焊接变形 (4) 箱型立柱内部节点形式对焊接残余应力的影响 (5) 其它
Z Soak Band: SB
What “R/t, Creep, B, Win” act?
Definition: Bc: critical heated band width
Purposes:
Determine heated band width: Bc by FEM.
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T型接头的纵向固有应变
当两面用焊缝连接不开坡口的T型接头时，第二条焊
缝与第一条焊缝的固有应变区大部分重叠。因而，第
二条焊缝对残余变形起作用的纵向固有应变总和为：
Wx 2
=
⎧ ⎪⎪[(hw ⎨ ⎪
+
K
f
)ra
+
K
2 f
2
0.29 α Q
)ε s
zmin
－0.74 －1.47 －2.33 －1.09 －2.31 －2.02 －3.77
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残Байду номын сангаас塑变解析方法
基本概念 ——纵向应变 ——横向应变 表达式 ——纵向应变表达式 ——横向应变表达式 适用性 ——计算效率 ——缺点
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纵向应变
基本概念
横向应变
单位纵向变形 表面堆焊时的横向变形
高速移动点状热源）可近似表示如下面方程：
∫ Wx =
2εs εs
0.368
α cρ
Q
εm
dεm
极厚板上堆焊道时的纵向固有应变
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薄板
对于薄板焊接，薄板焊接时可假定温度沿厚度方向是均
匀的。此时最高温度分布（假定为高速移动线状热源）
沿截面的纵向固有应变总和Wx等于：
边界约束条件（自由状态）
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边界约束条件如图所示。X方向约束取在尾板末端，Y方向的约束根 据对称性取在对称截面上，而Z方向的约束则取在底板和尾板的末端。
边界约束条件
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固有应变计算
焊缝应变计算
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纵向应变表达式
横向应变表达式
表达式
∫ Wx = ε x*dA
Δ = Wx / F
∫ Wy =
ε
* y
dA
∫ ∫ e =
zε
* y