焊接变形原因分析及控制
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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。
图.1.4 强制法
变形的原因分分析及防治措施
• 3、 正确的焊接程序——为了使焊件受热均匀分布， 适当的安排好
焊接程序，也 可以减小变形及内应力， 焊接程序有如下几种方法 。
跳焊 交替焊
对称焊 分中逐步退焊
变形的原因分分析及防治措施
• 4、预热法——把焊件预先加热到一定的温度（一般150~300℃），
变形的原因分分析及防治措施
图.1.1.钢杆自由伸缩
图.1.2钢杆变形
• 假设有一根钢杆，将它放在能自由移动的支点上（见图1-1），我们
把钢杆均匀加热，由于热膨胀，钢杆变粗而伸长，钢杆（如图1-1） 支点随着钢杆的伸长而自由移动，这时钢杆内并不产生内应力。当
钢杆均匀冷却时，由于冷却收缩，钢杆又自由恢复到原来的形状， 这时钢杆也不产生塑性变形。
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wk.baidu.com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。
然后再焊接。预热的目的是 熔焊金属 和周围基本金属的温度查比较 接近 ，可以均匀的同时冷却，以减少罕见的内应力。 对于易裂的焊 接材料（如中碳钢以上，生铁间或特种钢材）及修补钢性较大的裂缝 的焊件，通常应用此法 。 5、回火法 ——将焊接完的焊件均匀加热到一定的 温度（低碳钢应加热 至600~650℃），并根据焊件厚度保温一定时间（一般规定每毫米厚 度需保温0.04小时），然后均匀冷却，使金属内应力全部消除。船体 结构中，焊接船尾柱工件可以 应用此法。回火是消除应力的有效方 法。 6、变形的校正——焊接变形超过允许标准，应加以修理后方可使用， 校正方法 大致分为冷作校正和热力校正。
冷作校正是用三星或七星辊床、液压机、校直机或锤击等方法，来 校正焊件变形。
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
•
.未焊时
焊接时
图.1.3 钢板焊接变形情况
焊接后
变形的原因分分析及防治措施
三、焊接变形与内应力防止方法 结构的内应力，在不同程度上减弱了结构的强度，焊接变
形结构尺寸及形状不符合要求，增加阻力，影响结构的外观，因 此我们采取各项措施来减小变形及内应力的产生，常用方法有以 下几种： 1、反变形法——反变形法就是预先将焊件在变形相反方向加以 弯曲，其目的是为抵消因焊接后收缩所产生的变形，以获得所需 要的焊件形状。为了正确运用反变形法，必须掌握焊件的变形规 律。 2、强制法——船厂中广泛采用强制方法减少变形，通常用“马” 进行强制，有时用定位焊配合，即把焊件与胎架点焊固定的方法 。
什么叫应力？就是在受到外力作用时，物体单位面积上的内力。例如当扁 担被水桶压弯时，扁担内部就产生了应力，它力图使扁担恢复原状。当水桶 离开扁担时，扁担变直，应力就消失。当一物体在外界作用因素消除后，内 部仍存在应力，这种应力成为内应力。 变形与应力通常是同时存在于物体中的，现在用简单的道理解释内应力及变 形产生的原因。
• 假设将钢杆加在两端不能移动的夹钳上（见图1-2），把钢杆均匀加
热，同样由于热膨胀，钢杆力求伸长，但因夹钳不能移动，钢杆不 能自由伸长，于是钢杆内出现内应力，其结果使钢杆产生弯曲及扭 曲变形。如果内应力超过了钢的屈服点，钢杆就发生塑性变形，钢 杆变粗，增大截面。当钢杆均匀冷却时，同样因冷却收缩，又由于 夹钳不能移动，此时钢杆出现拉的内应力，钢杆原来的弯曲变形及 扭曲变形在拉力作用下减小。但因钢杆加热时有塑性变形，所以钢 杆的长度不能恢复到原有的形状。若这种拉的内应力超过钢的强度 极限的数值，钢杆就会断裂。
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。
图.1.4 强制法
变形的原因分分析及防治措施
• 3、 正确的焊接程序——为了使焊件受热均匀分布， 适当的安排好
焊接程序，也 可以减小变形及内应力， 焊接程序有如下几种方法 。
跳焊 交替焊
对称焊 分中逐步退焊
变形的原因分分析及防治措施
• 4、预热法——把焊件预先加热到一定的温度（一般150~300℃），
变形的原因分分析及防治措施
图.1.1.钢杆自由伸缩
图.1.2钢杆变形
• 假设有一根钢杆，将它放在能自由移动的支点上（见图1-1），我们
把钢杆均匀加热，由于热膨胀，钢杆变粗而伸长，钢杆（如图1-1） 支点随着钢杆的伸长而自由移动，这时钢杆内并不产生内应力。当
钢杆均匀冷却时，由于冷却收缩，钢杆又自由恢复到原来的形状， 这时钢杆也不产生塑性变形。
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wk.baidu.com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。
然后再焊接。预热的目的是 熔焊金属 和周围基本金属的温度查比较 接近 ，可以均匀的同时冷却，以减少罕见的内应力。 对于易裂的焊 接材料（如中碳钢以上，生铁间或特种钢材）及修补钢性较大的裂缝 的焊件，通常应用此法 。 5、回火法 ——将焊接完的焊件均匀加热到一定的 温度（低碳钢应加热 至600~650℃），并根据焊件厚度保温一定时间（一般规定每毫米厚 度需保温0.04小时），然后均匀冷却，使金属内应力全部消除。船体 结构中，焊接船尾柱工件可以 应用此法。回火是消除应力的有效方 法。 6、变形的校正——焊接变形超过允许标准，应加以修理后方可使用， 校正方法 大致分为冷作校正和热力校正。
冷作校正是用三星或七星辊床、液压机、校直机或锤击等方法，来 校正焊件变形。
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
•
.未焊时
焊接时
图.1.3 钢板焊接变形情况
焊接后
变形的原因分分析及防治措施
三、焊接变形与内应力防止方法 结构的内应力，在不同程度上减弱了结构的强度，焊接变
形结构尺寸及形状不符合要求，增加阻力，影响结构的外观，因 此我们采取各项措施来减小变形及内应力的产生，常用方法有以 下几种： 1、反变形法——反变形法就是预先将焊件在变形相反方向加以 弯曲，其目的是为抵消因焊接后收缩所产生的变形，以获得所需 要的焊件形状。为了正确运用反变形法，必须掌握焊件的变形规 律。 2、强制法——船厂中广泛采用强制方法减少变形，通常用“马” 进行强制，有时用定位焊配合，即把焊件与胎架点焊固定的方法 。
什么叫应力？就是在受到外力作用时，物体单位面积上的内力。例如当扁 担被水桶压弯时，扁担内部就产生了应力，它力图使扁担恢复原状。当水桶 离开扁担时，扁担变直，应力就消失。当一物体在外界作用因素消除后，内 部仍存在应力，这种应力成为内应力。 变形与应力通常是同时存在于物体中的，现在用简单的道理解释内应力及变 形产生的原因。
• 假设将钢杆加在两端不能移动的夹钳上（见图1-2），把钢杆均匀加
热，同样由于热膨胀，钢杆力求伸长，但因夹钳不能移动，钢杆不 能自由伸长，于是钢杆内出现内应力，其结果使钢杆产生弯曲及扭 曲变形。如果内应力超过了钢的屈服点，钢杆就发生塑性变形，钢 杆变粗，增大截面。当钢杆均匀冷却时，同样因冷却收缩，又由于 夹钳不能移动，此时钢杆出现拉的内应力，钢杆原来的弯曲变形及 扭曲变形在拉力作用下减小。但因钢杆加热时有塑性变形，所以钢 杆的长度不能恢复到原有的形状。若这种拉的内应力超过钢的强度 极限的数值，钢杆就会断裂。