焊接残余应力的测量

焊接应力与变形

4.2 焊接应力与变形： 4.2.1 焊接变形和残余应力的不利影响： 焊接变形 1.影响工件形状、尺寸精度 2.影响组装质量 3.增大制造成本———矫正变形费工、费时 4.降低承载能力———变形产生了附加应力 焊接应力 1.降低承载能力 2.引起焊接裂纹，甚至脆断 3.在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹 4.引起变形 4.2.2 焊接变形和应力的产生原因： 根本原因：对焊件进行的不均匀加热和冷却，如图6-2-8 焊接应力 焊接加热时，焊缝区受压力应力（因膨胀受阻，用符号“-”表示） 远离焊缝区手拉应力（用符号“+”表示） 焊后冷却时，焊缝受拉应力（因收缩受阻），远离焊缝区受压应力 焊接变形：当焊接应力超过金属σs时，焊件将产生变形 焊接应力和焊接变形总是同时存在，不会单独存在，当母材塑性较好，结构刚度较小时，焊接变形较大而应力较小；反之，则应力较大而变形较小。 4.2.3 焊接变形的控制和矫正：

4.2.3.1 焊接变形的基本形式，如图6-2-9 如图6-2-9 常见的焊接残余变形的类型 1、2---纵向收缩量3---横向收缩量4、5---角变形量f---挠度 （1）收缩变形：即焊件沿焊缝的纵向和横向尺寸减少，是由于焊缝区的纵向和横向收缩引起的。如图5-2-9 a （2）角变形：即相连接的构件间的角度发生改变，一般是由于焊缝区的横向收缩在焊件厚度上分布不均匀引起的。如图5-2-9b （3）弯曲变形：即焊件产生弯曲。通常是由焊缝区的纵向或横向收缩引起的。如图5-2-9c （4）扭曲变形：即焊件沿轴线方向发生扭转，与角焊缝引起的角度形沿焊接方向逐渐增大有关。如图5-2-9d （5）失稳变形（波浪变形）：一般是由沿板面方向的压应力作用引起的。如图5-2-9e 4.2.3.2 控制焊接变形的措施 （1）设计措施（详见焊接结构设计） 尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状，合理安排焊缝位置──尽量使焊缝对称或接近于构件截面的中性轴（以减少弯曲变形）。如图6-2-10

焊接考试试题

焊接考试试题 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

大连中远船务工程有限公司中级焊工考试试题 姓名：职号：成绩： 一、选择题： 1、（ A ）是防止低合金钢产生冷裂纹、热裂纹和热影响区出现淬硬组织的最有效的措施。 A. 预热 B. 减小热输入 C. 用直流反接电源 D. 焊后热处理 2、低合金结构钢焊接时，最常出现的缺陷是（ A ）。 A. 裂纹 B. 气孔 C. 未熔合 D. 未焊透 3、低合金结构钢焊接时，最常见的裂纹是（ D ）。 A. 热裂纹 B. 冷裂纹 C. 再热裂纹 D. 热应力裂纹 4、采用（ C ）方法焊接珠光体耐热钢时，焊前不需要预热。 A. 焊条电弧焊 B. CO2气体保护焊 C. 氩弧焊 D. 埋弧焊 5、马氏体不锈钢焊接接头，产生晶间腐蚀的倾向（ B ）. A. 很大 B. 很小 C. 无倾向 6、（ D ）是使不锈钢产生晶间腐蚀的最有害的元素。 A. 铬 B. 镍 C. 铌 D. 碳 7、防止不锈钢焊接时产生的热裂纹的措施，是通过焊接材料向焊 缝中加入形成（ A ）的元素。

A. 奥氏体 B. 马氏体 C. 铁元素 D. 珠光体 8、（ C ）不锈钢具有强烈的淬硬倾向。 A. 奥氏体 B. 马氏体 C. 铁元素 D. 珠光体 9、焊接不锈钢复合板的过渡层时，一般采用（ A）焊接方法进行。 A. 焊条电弧焊 B. 埋弧焊 C. 氩弧焊 D. CO2气体保护焊 10、焊前将铸件预热至（B ）℃。 A. 100 B. 200 C. 300 D. 400 二、填空题： 1、电弧焊时，熔滴过渡的形式主要有（短路过渡）、小颗粒过渡和大颗粒过渡。 2、焊机的外特性是指在规定运行范围内，其稳态（输出电流）和端电压之间的关系。 3、产生焊接点呼磁偏吹的原因有：（接地线位置不正确），焊条和焊件的位置不对称及焊接电流较大等。 4、合金钢按其用途，可以分为：结构钢，工具钢和（特殊性能刚）三大类。

焊接考试试题

大连中远船务工程有限公司中级焊工考试试题 姓名：职号：成绩： 一、选择题： 1、（A ）是防止低合金钢产生冷裂纹、热裂纹和热影响区出现淬硬组织的最有效的措施。 A. 预热 B. 减小热输入 C. 用直流反接电源 D. 焊后热处理 2、低合金结构钢焊接时，最常出现的缺陷是（A ）。 A. 裂纹 B. 气孔 C. 未熔合 D. 未焊透 3、低合金结构钢焊接时，最常见的裂纹是（D ）。 A. 热裂纹 B. 冷裂纹 C. 再热裂纹 D. 热应力裂纹 4、采用（ C ）方法焊接珠光体耐热钢时，焊前不需要预热。 A. 焊条电弧焊 B. CO2气体保护焊 C. 氩弧焊 D. 埋弧焊 5、马氏体不锈钢焊接接头，产生晶间腐蚀的倾向（B ）. A. 很大 B. 很小 C. 无倾向 6、（D ）是使不锈钢产生晶间腐蚀的最有害的元素。

A. 铬 B. 镍 C. 铌 D. 碳 7、防止不锈钢焊接时产生的热裂纹的措施，是通过焊接材料向焊缝 中加入形成（ A ）的元素。 A. 奥氏体 B. 马氏体 C. 铁元素 D. 珠光体 8、（C ）不锈钢具有强烈的淬硬倾向。 A. 奥氏体 B. 马氏体 C. 铁元素 D. 珠光体 9、焊接不锈钢复合板的过渡层时，一般采用（A）焊接方法进行。 A. 焊条电弧焊 B. 埋弧焊 C. 氩弧焊 D. CO2气体保护焊 10、焊前将铸件预热至（B ）℃。 A. 100 B. 200 C. 300 D. 400 二、填空题： 1、电弧焊时，熔滴过渡的形式主要有（短路过渡）、小颗粒过渡和大颗粒过渡。 2、焊机的外特性是指在规定运行范围内，其稳态（输出电流）和端电压之间的关系。 3、产生焊接点呼磁偏吹的原因有：（接地线位置不正确），焊条和焊件的位置不对称及焊接电流较大等。 4、合金钢按其用途，可以分为：结构钢，工具钢和（特殊性能刚）

焊接残余应力

焊接残余应力 残余应力是什么？ 残余应力是指在没有外力或外力矩作用的条件下，构件或材料内部存在并且自身保持平衡的宏观应力。 一、残余应力是哪种内应力？ 1内应力的分类 根据作用范围大小可分为三类： 第一类内应力（又称“宏观应力”）贯穿于整个物体内部； 第二类内应力存在于单个晶粒的内部，当这种平衡遭到破坏时，晶粒尺寸会发生变化； 2残余应力所属类别 残余应力是第一类内应力的工程名称。 残余应力形成的根本原因是微观上不同原子或者同种原子不同排列方式造成材料成分或者结构上的不均匀性导致的原子间相互作用力的变化在宏观上的体现。 二、哪些加工成型过程会导致残余应力？ 铸造、锻压、焊接、喷涂以及各类机械加工成型过程中都会导致材料出现残余应力。 本文关注的对象是焊接残余应力。焊接残余应力是焊件产生变形、开裂等工艺缺陷的主要原因，焊接变形在制造过程中危及形状与尺寸公差、接头安装偏差和增加坡口间隙，使制造过程更加困难；焊接残余应力可使焊缝特别是定位焊缝部分或完全断开；机械加工过程中释放的残余应力也会导致工件产生不允许的变形。同时，焊接残余力可能引起结构的脆性断裂，拉伸残余应力会降低疲劳强度和腐蚀抗力，压缩残余应力会减小稳定性极限。因此，焊接残余应力一直是焊接界关注的重点问题之一。

三、焊接残余应力的控制方法 在制造过程中的工艺措施和方法 采用线能量小的工艺参数和焊接方法及强制冷却措施 采用合理的焊接顺序和方向，调整残余应力分布 1）先焊收缩量大的焊缝和应力较大的焊缝； 2）焊缝交叉时，先焊短焊缝，后焊直通长焊缝； 采取降低焊缝拘束度的工艺措施，补偿焊缝收缩量； 锤击多层焊缝中间各层，使之延展，降低应力和拘束度； 预拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或热拉伸） 局部加热，在构件的相应部分形成可补偿焊缝收缩的变形； 低应力无变形焊接法 四、焊接残余应力的消除方法 1）利用机械力或冲击能分为焊缝滚压法、机械拉伸法、锤击法、振动法、爆炸法。 2）热处理整体高温退火、局部高温退火、温差拉伸法（低温消除应力法）、拟焊接加热法。

《焊接结构学》期末考试试卷

《焊接结构学》期末考试试卷 一、名词解释 1.内应力：是指在没有外力的条件下平衡于物体内部的力。 2.解理断裂：是沿晶内一定结晶学平面分离而形成的断裂，是一种晶内断裂。 3.应力腐蚀开裂：是指在拉应力和腐蚀共同作用下产生裂纹的现象。 4.温差拉伸法：是利用在焊接结构上进行的不均匀加热造成的适当的温度差，来使焊缝及其附近区域产生拉伸塑性变形，从而抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，达到消除部分焊接残余应力的目的。 5.焊接结构：用焊接的方法生产制造出来的结构。 6.焊接温度场：是指在焊接过程中，某一时刻所有空间各点温度的总计或分布。 7.应力集中：是指接头局部区域的最大应力值比平均应力值高的现象。 8.焊接变形：由于焊接而引起的焊件尺寸的改变称为焊接变形。 9.联系焊缝：是一种焊缝与被连接的元件是并联的，它仅传递很小的载荷，焊缝一旦断裂结构不会立即失效，这种焊缝称为联系焊缝。 10.工作焊缝：是一种焊缝与被连接的元件是串联的，它承担着传递全部载荷的作用，即焊缝一旦断裂结构就立即失效，这种焊缝称为工作焊缝。 11.动应变时效：金属和合金在塑性变形时或塑性变形后所发生的时效过程 12.焊接残余应力：焊件在焊接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限， 以致冷却后焊件中留有未能消除的应力。这样焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力。 13. 焊接热循环:在焊接过程中，工件上的温度随着瞬时热源或移动热源的作用而发生变 化，温度随时间由低而高，达到最大值后，又由高而低的变化称为焊接热循环。14.延性断裂：伴随明显塑性变形而形成延性断口（断裂面与拉应力垂直或倾斜，其上具有细小的凹凸，呈纤维状）的断裂。 二、简答题 1.焊接结构的优点？ 焊接结构的优点：（1）焊接可以把不同形状，不同厚度，不同材料的工件连接起来，且可与母材相当，同时可使产品重量减轻，生产成本明显降低。（2）焊接是一种金属原子间的结合，刚度大，整体性好，不像机械连接那样有间隙，可以减少变形，且能保证容器类结构的气密性和水密性。（3）与铸、锻等其它加工方法相比，生产焊接产品一般不需要大型贵重设备。投资少，见效快。（4）大多数焊接结构生产工艺简单，设备的操作比较容易，应用面非常广泛。（5）焊接特别适用于几何尺寸大，而材料较分散的制品。（6）焊接结构的生产可实现全过程的质量跟踪。比如生产过程中的声发射检测技术，焊前的材料检验，焊后的多种检测手段（X射线，超声波）等。 2.简述焊接残余变形的分类及特点？ ①纵向收缩变形，即构件焊后在焊缝长度方向上发生收缩。②横向收缩变形，即构件

消除残余应力的方法

消除残余应力的方法(金属)——时效处理 消除残余应力的方法(金属)——时效处理 金属工件(铸件、锻件、焊接件)在冷热加工过程中都会产生残余应力，残余应力值高者（单位为Pa）在屈服极限附近构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用；如降低构件的实际强度、降低疲劳极限，造成应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，使零件产生变形，大大的影响了构件的尺寸精度。因此降低和消除工件的残余应力就十分必要了，特别是在航空航天、船舶、铁路及工矿生产等应用的，由残余应力引起的疲劳失效更不容忽视。 目前的针对残余应力的不同处理方法有：自然时效方法和人工时效方法（包括热处理时效、敲击时效、振动时效、超声冲击时效） 1、自然时效——适合：热应力（铸造锻造过程中产生的残余应力）冷应力（机械加工过程中产生的残余应力）焊接应力（焊接过程中产生的应力） 自然时效是最古老的时效方法。它是把构件露天放置于室外，依靠大自然的力量，经过几个月至几年的风吹、日晒、雨淋和季节的温度变化，给构件多次造成反复的温度应力。再温度应力形成的过载下，促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。 自然时效降低的残余应力不大，但对工件尺寸稳定性很好，原因是工件经过长时间的放置，石墨尖端及其他线缺陷尖端附近产生应力集中，发生了塑性变形，松弛了应力，同时也强化了这部分基体，于是该处的松弛刚度也提高了，增加了这部分材质的抗变形能力，自然时效降低了少量残余应力，却提高了构件的松弛刚度，对构件的尺寸稳定性较好，方法简单易行，但生产周期长.占用场地大，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷，已逐渐被淘汰。 2、热处理时效——适合：热应力（铸造锻造过程中产生的残余应力）冷应力（机械加工过程中产生的残余应力）焊接应力（焊接过程中产生的应力） 热时效处理是传统的消除残余应力方法。它是将构件由室温缓慢，均匀加热至550℃左右，保温4-8小时，再严格控制降温速度至150℃以下出炉。 热时效工艺要求是严格的，如要求炉内温差不大于±25℃，升温速度不大于50℃/小时，降温速度不大于20℃/小时。炉内最高温度不许超过570℃，保温时间也不易过长，如果温度高于570℃，保温时间过长，会引起石墨化，构件强度降低。如果升温速度过快，构件在升温中薄壁处升温速度比厚壁处快的多，构件各部分的温差急剧增大，会造成附加温度应力。如果附加应力与构件本身的残余应力叠加超过强度极限，就会造成构件开裂。 热时效如果降温不当，会使时效效果大为降低，甚至产生与原残余应力相同的温度应力（二次应力、应力叠加），并残留在构件中，从而破坏了已取得的热

焊接应力与变形试题汇总

第一章焊接应力和变形 一、判断题（在题末括号内，对的画√，错的画×） 1、焊接接头在焊接热循环过程中，形成拉伸应力应变，并随温度降低而降低。（） 2、焊缝的纵向收缩量，随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加，随焊件截面积的增加而减小。（） 3、同样厚度的焊件，一次就填满焊缝时产生的纵向收缩量比多层焊大。（） 4、横向收缩量随焊接热输入的提高而增加，随板厚的增加而减小。（） 5、挠度f 是指焊件在焊后的中心轴偏离焊件原始中心轴的最大距离。（） 6、焊缝纵向收缩量随焊缝及其两侧的压缩塑性变形区的面积和焊件长度的增加而增加。（） 7、焊接对接接头的横向收缩量比较大。（） 8、当焊缝不在焊件截面中性轴上时，只有纵向收缩才能引起挠曲变形。（） 9、同样的板厚和坡口形式，多层焊要比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大。（） 10、不同的焊接顺序焊后将产生不同的变形量，如焊缝不对称时，应先焊焊缝少的一侧，这样可以减小整个焊件的焊接变形。（） 11、火焰校正角变形时，采用正面线状热源，背面跟踪水冷的效果最好。（） 12、火焰校正横向收缩变形时，采用正面线状热源加热，同时再配以正面跟踪水冷的效果最好。（） 13、采用火焰加热与水冷却联合校正时，要在受加热的钢材没失去红热态前浇水。（） 14、角焊缝的纵向收缩量，与角焊缝横截面积有关，与焊接接头总横截面无关。（） 15、铝比钢的导热率和线膨胀系数大，所以，铝的横向收缩量也较大。（） 16、角焊缝与对接焊缝相比，其横向收缩量大。（） 17、角变形是焊接过程中焊接区内沿板材厚度方向不均匀的纵向收缩而引起的回转变形（）

18、角变形是由于坡口形状不对称，是纵向收缩在厚度方向上分布不均匀造成的。（） 19、坡口角度对角变形影响很大。（） 20、焊缝截面形状对角变形量的影响不大。（） 21、T型接头角焊缝所引起的角变形，主要取决于焊角尺寸大小，与焊件厚度无关。（） 22、偏离焊件截面中性轴的纵向焊缝，只能引起焊件的纵向收缩，不会引起弯曲变形。（） 23、工字梁的弯曲变形，与焊件的长度成正比，与焊缝距中性轴的偏心距成反比。（） 24、工字梁的弯曲变形，与焊件截面惯性距成正比，与材料的弹性模量成反比。（） 25、为减小波浪变形，可采取措施：降低焊接压应力和降低临界应力。（） 26、焊前装配不良，在焊接过程中会产生错边变形。（） 27、焊接接头两侧金属受热不平衡是产生错边的主要原因。（） 28、扭曲变形是由于焊件装配不良，施焊顺序或方向不当，使焊缝纵向或横向收缩变形或角变形产生不均匀、不对称而引起的。（） 29、焊缝在焊件中的不对称布置，容易引起角变形。（） 30、焊接接头重心与焊件截面重心不重合，容易引起角变形。（） 31、焊缝在焊件中的对称布置，不仅引起收缩变形，而且还引起角变形。（） 32、焊件抵抗弯曲变形的刚性主要取决焊件的截面积。（） 33、非对称布置的焊缝，应先焊焊缝长的一侧，后焊焊缝短的一侧。（） 34、焊接过程中采用的热输入越大，产生的热压缩塑性变形也越大，焊接变形也大。（） 35、焊件坡口尺寸越大，填充金属越多，变形就越大。（） 36、1m 以上的长焊缝，采用从中心向两端焊或逐段跳焊，焊后变形最小。（） 37、采用间断角焊缝代替连续角焊缝，可显著的减小纵向弯曲变形。（） 38、园筒体纵向焊缝横向收缩引起的直径误差，可通过预留收缩余量法加以克服。

焊接应力变形的产生原因与控制措施

焊接应力变形的产生原因与控制措施 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司王习宇[摘要] 近年来，汽车行业发展迅猛，各主机厂在提升产量的同时，对于产品质量的要求也大幅提高。为应对巨大的市场冲击，我们威孚力达应采取相应措施，来迎接机遇和挑战。目前我司焊接向着自动化、集成化、高精度、高质量的方向发展，如何采取措施减小金属构件在焊接工序中发生的应力与应变，从而提高焊接工序的精度以及产品的总体质量，有着十分重要的现实意义。本文主要叙述了焊接应力变形与控制方法。 [关键词] 威孚力达焊接变形焊接应力产生原因控制措施

国内现状 随着我国汽车产业的高速发展，焊接技术在汽车工程中得到大量的应用，焊接工件尤其是法兰焊接变形也成为人们密切关注的焦点。在焊接过程中，焊接残余应力和焊接变形会严重影响制造过程、焊接结构的使用性能、焊接接头的抗脆断能力、疲惫强度、抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂能力。焊接变形在制造过程中也会危及外形与公差尺寸，使制造过程更加困难，当出现题目时还需采取一些费时耗资的附加工序来进行弥补，不仅增加本钱，还可能出现由此工序带来的其他不利因素。因此，要得到高质量的焊接结构必须对这些现象严格控制。焊接应力分析熔化焊接时，被焊金属在热源作用下发生局部加热和熔化，材料的力学性能也会发生明显的变化，而焊接热过程也直接决定了焊缝和热影响区焊后的显微组织、残余应力与变形大小，所以焊接热过程的正确计算和测定是焊接应力和变形分析的条件。因此在焊接过程的模拟研究中，只考虑温度场对应力场的影响，而忽略应力场对温度场的作用。同时，非线性、瞬时作用以及温度相关性效应等也会妨碍正确描述在各种情况下产生的残余应力，并使同一系统化的工作很难完成。为使其简单化，实际中常用焊接性的概念作为一种分类系统，将焊接分解为热力学、力学和显微结构等过程，从而降低了焊接性各种现象的复杂性。图1所示的工艺基础将焊接性分解为温度场、应力和变形场以及显微组织状态场。这种分解针对焊接残余应力和焊接变形的数值分析处理很有价值。在狭义上，焊接性又可理解成所要求的强度性能。影响强度性能的主要因素又包括化学成分、相变显微组织、焊接温度循环、焊后热处理、构件外形、负载条件以及氢含量等。显微组织的转变不仅决定于材料的化学成分，也决定于其受热过程（特别是与焊接有关的过程），特别是它在焊接接头的热影响区和熔化区的影响更加引人留意。 在焊接过程中，由于焊件局部的温度发生变化，产生应力变形。进而导致了构件产生变形。因此，通过对焊接结构及焊接变形的分析，通过对焊接工艺焊件结构设计等方面采取有效措施，从而提高焊接质量。

焊接应力产生的原因及处理方法

1．焊接应力的分类 焊接过程是一个先局部加热，然后再冷却的过程。焊件在焊接时产生的变形称为热变形，焊件冷却后产生的变形称为焊接残余变形，这时焊件中的应力称为焊接残余应力。焊接应力包括沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。 2．焊接残余应力对结构性能的影响 （1）对结构静力强度的影响：焊接应力不影响结构的静力强度。 （2）对结构刚度的影响：焊接残余应力降低结构的刚度。 （3）对受压构件承载力的影响：焊接残余应力降低受压构件的承载力。（4）对低温冷脆的影响：增加钢材在低温下的脆断倾向。 （5）对疲劳强度的影响：焊接残余应力对结构的疲劳强度有明显不利影响。焊接变形的基本形式有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。 焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本 原因。 减少焊接应力与变形的工艺措施主要有： 一、预留收缩变形量。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。 二、反变形法。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。 三、刚性固定法。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。 四、选择合理的焊接顺序。尽量使焊缝自由收缩。焊接焊缝较多的结构件时，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，从而减少了焊接应力和变形。 五、锤击焊缝法。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，从而减小焊接应力和变形。 六、加热“减应区”法。焊接前，在焊接部位附近区域(称为减应区)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。 七、焊前预热和焊后缓冷。预热的目的是减少焊缝区与焊件其他部分的温差，降低焊缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却下来，从而减少焊接应力与变形。焊后消除应力处理： 1、整体热处理：消除应力的程度主要决定于材质的成分、组织、加热温度和 保温时间。低碳钢及部分低合金钢焊接构件在650度，保温20~40h，可基本

焊接应力与应变

焊接应力与变形 焊接是现代生产中应用很广泛的一种连接金属加工方法，与其它热加工相比，它具有生产周期短，成本低，结构设计灵活，用材合理以及能以大化小等一系列优点，从而在工业生产中得到广泛的应用，如造船、电站、汽车石油、桥梁、矿山机械等行业，焊接已成为不可缺少的加工手段。在世界主要的工业国家里，每年钢产量的左右要用于生产焊接结构。随着工业的发展，被焊接的材料种类越来越多，焊接结构越来越复杂，焊接工作量越来越大，这对于生产的质量效率等提出了更高的要求。但是在焊接过程中，焊接应力和焊接变形是不可避免的，焊接应力不仅对结构质量和使用性能有一定影响，而且焊接应力过大，可使构件产生裂缝，甚至导致断裂。焊接变形超过允许值，有时要经过矫正才能满足使用要求，有时因矫正无效而报废，因此，随着工业的发展，焊接材料的增多，各类产品的日益向高参数大型化发展，研究焊接应力与焊接变形具有特别重要的意义。 1焊接应力、变形原因分析 焊接过程的实质是利用加热或加压等手段借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。手工电弧焊是利用焊条与工件之间产生的电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接的。在焊接过程中，电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件和焊条同时熔化形成熔池。焊接时，电弧沿工件逐渐移动并对工件进行局部加热，因此在焊接过程中，焊缝区的金属都是由常温状态下被加热到较高的温度，然后再逐渐冷却到常温，但随各点金属所在位置的不同，其最高加热温度是不同的，因此，在焊接过程中各点都相当于受到一次不同程度的热处理，因而必然有相应的组织与性能变化。焊接热影响区的大小和组织性能变化程度决定于焊接方法、焊接规范、焊接形式，焊后冷却速度等因素。焊接热影响区在焊接过程中是不可避免的，用手工电弧焊，焊接一般低碳钢结构时，热影响区较窄，危害较小，焊后不进行热处理就能保证使用；但对于重要的钢结构，要用焊后热处理的方法以消除焊接热影响区；对焊后不能接受热处理的金属材料或构件，则只能正确选择焊接方法与焊接工艺来减少焊接热影响区的范围，以减少不利影响与危害。焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀的加热是产生焊接应力与变形的根本原因，焊接时，焊缝区被加热到很高的温度，离焊缝愈远被加热的温度愈低，根据金属材料热胀冷缩的特性，焊接各区因温度不同将产生大小不等的纵向膨胀，各区域的金属能自由地伸长而不受周围金属的阻碍，但钢板是一个整体，这种伸长不能自由地实现，钢板端面只能比较均衡地伸长，于是被加热到高温的焊缝区金属因受两边金属的阻碍而产生压应力，远离焊缝区的金属则受拉应力，该区域就产生

焊接温度场及残余应力测量方法总结

焊接温度场及残余应力测量方法总结 一、焊接温度场测量方法 多年来，基于物体的某些物理化学性质（例如，物体的几何尺寸、颜色、电导率、热电势和辐射强度等）与温度的关系，开发了形式多样的温度测量方法和装置，综合温度测量的现状，按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。 1、接触式测温方法 接触式测温方法的感温原件直接置于被测温度场或介质中，不受到黑度、热物理性参数等性质的影响，具有测温精度高、使用方便等优点。但是对于瞬态脉动特性的对象，接触式测温方法难以作为真正的温度场测量手段。主要是由于接触法得到的是某个局部位置的信号，如果要得到整个温度场的信号，必须在温度空间内进行合理的布点，才可以根据相应的方法（如插值法等）获得对温度场的近似。 常用的接触式测温方法有，电偶测温法。热电偶是用两种不同的导体（或者半导体）组成的闭合回路，两端接点分别处于不同温度环境中，与当地达成热平衡时会产生热电势，标定后可用来测量温度。理想的热电偶测温方法,是将参比端 E,再查分度表反置于0℃的恒温槽中,通过测量2个不同导体A和B的热电动势ab 求出被测温度t。由于让参比端保持0℃有时比较困难,实际应用中常常需要参比端恒温处理或温度补偿。热电偶测温法有几个优点:精度比较高,因为热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响；测量范围大,通常可在-50~1600℃范围内连续测量；结构简单,使用方便。但是,热电偶测温法也有一定的缺点:每次测量的点数有限(最多几个点),难以反映整个焊接温度场的情况;此外,金属的电阻和熔池中液体的流动会阻碍热传导,从而给热电偶的测量带来一定的误差。 2、非接触式测温法 非接触测温法分为两大类：一类是通过测量介质的热力学性质参数，求解温度场（如声学法);另一类是通过高温介质的辐射特性，通过光学法来测量温度场。非接触式测温方法由于测温元件不与被测介质接触，不会破坏被测介质的温度场和流场；同时，感温元件传热惯性很小，因此可用于测量不稳定热力过程的温度。其测量上限不受材料性质的影响，可在焊接等高温场合应用。目前常用的测试方法主要有以下几种: 2.1、红外热像法 随着红外技术和计算技术的发展,红外热象法测定焊接温度场成为近代一种新技术。红外热成像测温技术为非接触式测温,响应快,不破坏被测物体的温度场,可以检测某些不能接触或禁止接触的目标,红外热像技术显示出其在测试物体温度场方面的优势。在实际的测量过程中，一般先采用热电偶标定被测物体的发射率，然后再用红外热像仪测定物体的温度场。

焊工练习试题四和答案

理论考试题四 姓名：工号：得分：—————————————————————————————————— 一、判断题（下列判断题中，正确的打“√”，错误的打“×”；每题1分） 1.弧光中的紫外线可造成对人眼睛的伤害，引起白内障。（） 2.焊工尘肺是指焊工长期吸入超过规定浓度的烟尘或粉尘所引起的肺组织纤维 化的病症。（） 3.铸件补焊前应准确确定缺陷的位置、性质和形状。（） 4.不锈钢复合板焊接时，坡口一般都开在基层（低碳钢）上。（） 5.异种钢焊接接头的抗拉强度按抗拉强度规定值下限较高一侧的母材规定值进 行评定。（） 6.焊接接头弯曲试验结果的合格标准按钢种而定。（） 7.焊接接头冲击试验的目的是用以测定焊接接头各区域的冲击吸收功。（） 8.焊接接头冲击试验的缺口只能开在焊缝上。（） 9.灰铸铁焊接时不容易产生白铸铁组织。（） 10.管子水平固定位置焊接时，有仰焊、立焊、平焊位置，所以焊条的角度随着 焊接的位置的变化而变换。（）11.焊接方向对控制梁的焊接变形时很重要的。不同的焊接方向引起的焊接变形 不同。（） 12.焊接十字形钢柱的第一道焊缝时，必须进行分段焊接，分段越多越好。（） 13.荧光探伤是一种利用紫外线照射某些荧光物质，使其产生荧光的特性来检查 表面缺陷的方法。（） 14.着色探伤是用来发现各种材料焊接接头，特别是非磁性材料的各种内部缺陷。（） 15.利用反变形发可以用来克服梁的角变形和弯曲变形。（） 16.对梁变形的矫正方法有机械矫正法和火焰矫正法。（） 17.气焊停止时应先关乙炔阀后关氧气阀。（） 18.碳弧气刨刨削电流增加时，刨宽和刨深都增加，其中尤以槽宽增加更为显著。（）

焊接残余应力的消除方法

焊接残余应力的消除方法 焊接残余应力是焊接技术带来的一个几乎无法避免的缺陷，其危害众所周知。当焊接造成的残余应力会影响结构安全运行时，还需设法消除焊接残余应力，改善焊接接头的塑性和韧性，以提高焊件结构性能。 一、焊接的应力与应变： 在接过程中，由于焊接件产生温度梯度，接头组织和性能的不均匀，就会在焊件内产生应力和应变。焊后残留在焊件内的焊接应力就是焊接残余应力，它是没有外载荷作用时就存在的应力。 二、焊接残余应力的危害： 焊接残余应力与外载荷产生的应力叠加，局部区域应力过高，使结构承载能力下降，引起裂纹和变形，使焊件形状和尺寸发生变化，需要进行矫形。变形过大会因无法矫形而报废甚至导致结构失效。 三、减少焊接残余应力和变形的措施： ①设计 ②焊接工艺 如： 尽量减少焊接接头数量 相邻焊缝间应保持足够的间距 尽可能避免交叉，避免出现十字焊缝 焊缝不要布置在高应力区 焊前预热等等 四、焊后残余应力的消除方法 消除焊接残余应力的方法有：热处理、锤击、振动法和预载法等。 1、热处理消除法 焊后热处理是一种消除焊接残余应力常用的方法。工程上我们主要用退火处理，火温度越高、保温时间越长，消除焊接残余应力的效果就越好。但是温度过高，使工件表面氧化比较严重，组织可能发生转变，影响工件的使用性能，存在弊端。蠕变应力松弛理论为热处理消除焊接残余应力提供了另一条思路，工件在较低温度时会发生蠕变，材料内部的残余应力会因应力松弛而得到释放，只要保温时间

足够长，理论上残余应力可完全消除。在低温消除焊接残余应力时，材料的组织和性能变化甚微，几乎不影响材料的使用性能，而且低温处理材料表面的氧化和脱碳也比较小，这就可以在材料的力学性能和组织基本不变的情况下达到降低材料焊接残余应力的目的。 2、锤击消除法 焊后采用带小圆头面的手锤锤击焊缝及近缝区，使焊缝及近缝区的金属得到延展变形，用来补偿或抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，使焊接残余应力降低。 锤击时要掌握好打击力量，保持均匀、适度，避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。另外，焊后要及时锤击，除打底层不宜采用锤击外，其余焊完每一层或每一道都要进行锤击。锤击铸铁时要避开石墨膨胀温度。 3、振动消除法 振动消除法是利用由偏心轮和变速马达组成的激振器，使焊接结构发生共振所产生的循环应力来降低内应力的。 如截面为30mm×50mm一侧堆焊的试件，经过σmax＝128N/mm2和σmin＝5.6N/mm2多次应力循环后，残余应力的变化情况。当变载荷达到一定数值，经过多次循环加载后，焊接结构中的残余应力逐渐降低。 这种方法所用的设备简单，处理成本低，时间比较短，没有高温回火给金属表面造成的氧化问题，目前在施工中广泛使用。 4、预载消除法 残余应力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整，例如对压力容器可以采用水压试验，也可以在焊缝两侧局部加热到200℃，造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸，以减小和消除焊接残余应力。 焊接残余应力的消除和调整应采取合理的焊接顺序，先进的焊接工艺，焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，在焊接的每一个环节都减小残余应力，大大提高材料的使用寿命和性能，在工程施工上具有重要的意义。

焊接残余应力的测试

90 00 1,2 4A 1: 4B 00 焊接残余应力的测试 、实验目的 1. 了解ASM1.0全自动应力、应变监测记录仪的结构和工作原理。 2. 掌握应力释放法的测试原理及操作技术。 二、实验原理 焊接残余应力的测量方法，按其原理可分为应力释放法、物性变化法（X射线法、磁性法）等，应力释放法又可分为小孔法（即盲孔法）、套孔法与梳状切条法（及全释法）。本实验采用小孔法进行测量。 对板钻小孔可以评价释放的径向应变。在应力场中去一直径为d的圆环，并在圆环上粘贴应变片，在圆环的中心处钻一直接为d o的小孔（图1），由于钻孔使应力的平衡受到破坏，测出孔周围的应力变化，就可以用弹性力学的理论来推算出小孔处的应力。设应变片中心与圆环中的连线与x轴的夹角为a,其释放的径向应变r 和钻孔释放的残余应力之间的关系，可按照带孔无线板的弹性理论， 同时承受双轴薄膜应力x和y （理解为主应力）的条件求解 r A B cos x A Bcos y 2 A1 2E d 24 14d° c d° B 3 — 2E1d d 为了完全确定未知的双轴残余应力状态（两个主应力ar和应，以及主应力方向?，必须至少在圆环上的三个不同测量方向评价释放的径向应变r （如采 用三个应变片组成的应变花）。常用的应变花布置是0、应00、45 和90 ）045和90 （对 图1小孔法所用的应变花示意图

、实验设备及器材 1. ASM1.0全自动应力、应变检测仪一台 2. 残余应力打孔装置一台 3. 焊接铝板一块 4. 应变片、瞬干胶水若干 四、实验方法与步骤 1?将待测部位用砂纸磨至表面光亮，用酒精进行清洗，清除待测部位表面的杂志和氧化物，直到准备粘贴应变片的部位干净为止。 2. 将502速干胶均匀涂于应变片背面，迅速把应变片粘在所测位置，轻压使其与工件表面紧密结合，应变片与金属之间无气泡无脱胶现象。 3. 将应变片末端引线与应变仪连接的导线焊接。注意应使所有应变片的导线 长度保持一致，以免产生电阻值的差异导致测量不准。将应变仪调零，用万用表检查应变片与工件绝缘程度和阻值变化情况。 4. 设置残余应力相应参数，用直径为2.0mm的砖头在应变片中心处打出深2.0mm的盲孔，记录残余应力数据。 五、实验数据记录 六、实验结果整理及分析 1. 焊接残余应力测试过程中哪些因素容易引起测量误差？如何减小误差?

焊接工艺考试题(答案)

焊接工艺考试题 一、填空题（每题1分共35分） 1、焊接方法可以分为三大类：（熔焊）、（压焊）、（钎焊）。 2、焊接的接头形式有（卷边接头）、（对接接头）、（搭接接头）、（T型接头）、和（角接接头）五种。 3、焊接后在焊件中所形成的结合部分即（焊缝）。 4、╯╰符号表示（卷边）焊缝，单边V形焊缝符号为：（）。 5、电焊条由（焊芯）和（药皮）两部分组成. 6、焊接时焊芯有两个功能：一是传导焊接电流，产生（电弧）；二是焊芯本身熔化作为（填充金属），与熔化的基本金属融合形成（焊缝）。 7、焊接常见的缺陷中，在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫（咬边）；焊缝中夹有非金属熔渣叫（夹渣）；在焊缝内部或表面形成了空穴，叫（气孔）。 8、根据焊缝倾角和焊缝转角的不同，焊接位置可分为（平焊）、（立焊）、（横焊）和（仰焊）四种。 9、气焊、气割所用的气体分为两大类，即（助燃气体）和（可燃气体），可燃气体种类很多，目前最常用的是（乙炔）。 10、焊炬又称焊枪。焊炬按可燃气体进入混合室的方式不同，可分为（射吸式）和（等压式）两种。目前常用焊炬为（射吸式）。 11、焊接残余变形的种类：纵向收缩变形、（横向收缩变形）、（弯曲变形）、（角变形）、扭曲变形、（波浪变形）。 12、矫正焊接变形的方式有（机械）矫正法和（火焰加热）矫正法两种。 二、选择题（每题2分共20分） 1、下列不属于焊接缺点的是（D） A 应力集中比较大B易产生焊接缺陷 C 易产生脆性断裂和降低疲劳强度 D 减轻结构重量 2、下列不属于焊条药皮的作用是（A） A 传导焊接电流 B使焊条具有良好的焊接工艺性能 C具有保护、冶金、改善焊接工艺性能的作用 D保证焊缝金属获得具有合乎要求的化学成分和机械性能 3、我厂在机壳焊接中，对较大尺寸焊缝要求采用（B） A 单层焊道 B 多层多道焊 C 大尺寸长焊道 D 钎焊 4、以下不属于焊瘤产生的原因是（D） A电弧拉得太长B焊接速度太慢 C焊条角度或运条方法不正确 D 焊接电流太小 5、以下操作会导致气孔缺陷的是（C） A选用酸性焊条，如J××2 B焊前应仔细清理工件坡口上的油污、锈、氧化皮等 C焊条未进行烘干直接使用 D采用短弧焊

关于焊接应力

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、第三类应力减小焊接残余应力的措施 一般来说，可以从设计和工艺两方面着手： 1．设计措施 ①尽可能减少焊缝数量； ②合理布置焊缝； ③采用刚性较小的接头形式。 2．工艺措施 （1）采用合理的装配和焊接顺序及方向 ①钢板拼接焊缝的焊接； ②同时存在收缩量大和收缩量小的焊缝时，应先焊收缩量大的焊缝； ③对工作时受力较大的焊缝应先焊； ④平面交叉焊缝的焊接。 （2）缩小焊接区与结构整体之间的温差（预热法、冷焊法） （3）加热“减应区”法 （4）降低接头局部的拘束度

（5）锤击焊缝 五、消除焊接残余应力的方法 1．热处理法 热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松驰焊接残余应力的目的，同时热处理还可以改善接头的性能。 （1）整体热处理整体炉内热处理、整体腔内热处理 整体加热热处理消除残余应力的效果取决于热处理温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围。保温时间根据板厚确定，一般按每毫米板厚1~2 min计算，但最短不小于30 min，最长不超过3h。 碳钢及中、低合金钢：加热温度为580~680℃； 铸铁：加热温度为600~650℃。 （2）局部热处理 局部热处理只能降低残余应力峰值，不能完全消除残余应力。加热方法有电阻炉加热、火焰加热、感应加热、远红外加热等，消除应力效果与加热区的范围、温度分布有关。 2．加载法 加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松驰应力的目的。 （1）机械拉伸法 （2）温差拉伸法 （3）振动法 六、焊接残余应力的测定 目前，测定焊接残余应力的方法主要可归结为两类，即机械方法和物理方法。 1．机械方法 利用机械加工将试件切开或切去一部分，测定由此而释放的弹性应变来推算构件中原有的残余应力。包括切条法、钻孔法和套孔法。 2．物理方法 是非破坏性测定焊接残余应力的方法，常用的有磁性法、超声波法和X射线衍射法。

焊接残余应力的测试

焊接残余应力的测试 一、实验目的 1.了解ASM1.0全自动应力、应变监测记录仪的结构和工作原理。 2.掌握应力释放法的测试原理及操作技术。 二、实验原理 焊接残余应力的测量方法，按其原理可分为应力释放法、物性变化法（X 射线法、磁性法）等，应力释放法又可分为小孔法（即盲孔法）、套孔法与梳状切条法（及全释法）。本实验采用小孔法进行测量。 对板钻小孔可以评价释放的径向应变。在应力场中去一直径为d 的圆环，并在圆环上粘贴应变片，在圆环的中心处钻一直接为d 0的小孔（图1），由于钻孔使应力的平衡受到破坏，测出孔周围的应力变化，就可以用弹性力学的理论来推算出小孔处的应力。设应变片中心与圆环中的连线与x 轴的夹角为α，其释放的径向应变r ε和钻孔释放的残余应力之间的关系，可按照带孔无线板的弹性理论，同时承受双轴薄膜应力x σ和y σ（理解为主应力）的条件求解。 ()()y x r B A B A σασαεcos cos +++= 2 021? ? ? ??+-=d d E A μ ??? ??? ????? ??-??? ??++-=4 02031421d d d d E B μμ 图1 小孔法所用的应变花示意图 为了完全确定未知的双轴残余应力状态（两个主应力σ1和σ2，以及主应力方向β），必须至少在圆环上的三个不同测量方向评价释放的径向应变r ε（如采用三个应变片组成的应变花）。常用的应变花布置是?=0α、?=45α和?=90α（对应00ε、45ε和90ε）。 ()()20090452009000 902,1--2-B 41 A 4εεεεεεε σ+±+=

三、实验设备及器材 1. ASM1.0全自动应力、应变检测仪一台 2. 残余应力打孔装置一台 3. 焊接铝板一块 4. 应变片、瞬干胶水若干 四、实验方法与步骤 1.将待测部位用砂纸磨至表面光亮，用酒精进行清洗，清除待测部位表面的杂志和氧化物，直到准备粘贴应变片的部位干净为止。 2.将502速干胶均匀涂于应变片背面，迅速把应变片粘在所测位置，轻压使其与工件表面紧密结合，应变片与金属之间无气泡无脱胶现象。 3.将应变片末端引线与应变仪连接的导线焊接。注意应使所有应变片的导线长度保持一致，以免产生电阻值的差异导致测量不准。将应变仪调零，用万用表检查应变片与工件绝缘程度和阻值变化情况。 4.设置残余应力相应参数，用直径为2.0mm的砖头在应变片中心处打出深2.0mm的盲孔，记录残余应力数据。 五、实验数据记录 六、实验结果整理及分析 1. 焊接残余应力测试过程中哪些因素容易引起测量误差？如何减小误差？ 1、应变片的粘贴质量。应变片粘贴不好会引起数据漂移和精度下降。

焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析(试题学习)

焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析 1.1 焊接变形与焊接应力 焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。 在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。 对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力。并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。 1.2 Ansys有限元焊接分析 为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。 ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。 间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。即：