课程辅导教案 welded construction of process equipment (本教案由2部分组成:教案1:文字稿 教案2:多媒体CAI课件) 课程编号:1690513学分:2参考学时:36 适用专业:过程装备与控制工程 授课教师:唐委校教授 课程的性质、目的和任务 《过程设备设计》是为过程装备与控制工程专业的专业必修课之一。本课 程主要介绍过程装备焊接结构的设计。其中主要内容:适用与过程装备(压 力容器、各种反应、传质、传热设备)焊接过程的焊接温度场、焊接接头及 焊接规范、焊接应力分布、焊接结构受力分析、强度计算及其典型过程装备 焊接结构的设计。学生通过本课程的学习,掌握典型过程装备焊接结构的设 计基本原则和方法,并进一步运用它了解、分析、设计其他类型的设备与结 构,进行创造性工作。 二.课程的基本要求 突出焊接基本理论与过程装备焊接结构设计的有机结合,强化工程实用性 和专业针对性,力求与过程设备技术的最新进展同步,培养学生的实际工程 过程装备焊接结构的设计能力,以实现符合专业培养目标的要求 三.授课内容: 《过程装备焊接结构》由五部分内容组成: 第一章:绪论 2学时 第二章:焊接接头与焊接规范 8学时 第三章:焊接变形与应力 12学时
课程辅导教案 （welded construction of process equipment） （本教案由 2 部分组成：教案 1：文字稿 教案 2：多媒体 CAI 课件） 课程编号：1690513 学分：2 参考学时：36 适用专业：过程装备与控制工程 授课教师：唐委校 教授 一. 课程的性质、目的和任务 《过程设备设计》是为过程装备与控制工程专业的专业必修课之一。本课 程主要介绍过程装备焊接结构的设计。其中主要内容：适用与过程装备（压 力容器、各种反应、传质、传热设备）焊接过程的焊接温度场、焊接接头及 焊接规范、焊接应力分布、焊接结构受力分析、强度计算及其典型过程装备 焊接结构的设计。学生通过本课程的学习，掌握典型过程装备焊接结构的设 计基本原则和方法，并进一步运用它了解、分析、设计其他类型的设备与结 构，进行创造性工作。 二. 课程的基本要求 突出焊接基本理论与过程装备焊接结构设计的有机结合，强化工程实用性 和专业针对性，力求与过程设备技术的最新进展同步，培养学生的实际工程 过程装备焊接结构的设计能力，以实现符合专业培养目标的要求。 三．授课内容： 《过程装备焊接结构》由五部分内容组成： 第一章：绪论 2 学时 第二章：焊接接头与焊接规范 8 学时 第三章：焊接变形与应力 12 学时
第四章:焊接接头的强度计算 4学时 第五章:焊接结构的断裂失效与防治 2学时 第六章:过程装备焊接结构设计 6学时 (机动) 2学时 四.教材:过程装备与控制工程专业课程自编教材:《过程装备焊接结构》, 唐委校主编,山东大学:2001 Chapter1绪论 (2学时) ( Brief Introduction 本章重点:1.焊接基本概念及与其它连接(铆接、铸造、螺栓)的比较: 2.焊接的发展史及趋势 3.焊接的种类,焊接设备。 本章难点:焊接基本概念 1.1焊接定义:两种或以上材料通过加压或加温或加压加温,可以加填充材料或不用,实现 分子或原子的融合的永久连接 12焊接技术:( welding technique)自二十世纪兴起以来,发展十分迅速,现已广泛地应用与 机械制造,石油,化工交通,电力,航空航天,造船,海洋工程,原子能等许多工业部门 在化工容器与设备的制造中,焊接结构所占比例可达90%以上,在整个工业中占45% 13焊接技术的优点 接头断裂强度 1.3.1结构可靠,接头连接系数高:接头连接系数 母材断裂强度X100,优质焊接接头 可达100%,而铆接达到70%已很困难 1.3.2与铆接和铸件相比,结构简单(可节省材料,模具,不用铆钉孔,也不用辅料) 1.3.3连接厚度大,焊接最大可达300mm,而铆接最大可达50mm 1.3.4密封性好,焊接结构对各种流体介质都有良好的密封性 1.3.5可焊接不同的材料,充分发挥各种材料的耐腐蚀性和高强度等优点 13.6设计灵活简单,焊接结构可通过对接,角接,搭接等多种方法设计成任何结构 1.3.7制造工艺简单,生产周期短,成本低,(200,000t的焊接船,三个月可下水 14焊接的缺点 141焊接变形和焊接残余应力,多数焊接方法采用局部加热,从而产生一个不均匀的温度 场,在一定的条件下会影响结构的承载能力,加工精度和尺寸的稳定性
第四章：焊接接头的强度计算 4 学时 第五章：焊接结构的断裂失效与防治 2 学时 第六章：过程装备焊接结构设计 6 学时 （机动） 2 学时 四．教材： 过程装备与控制工程专业课程自编教材：《过程装备焊接结构》， 唐委校主编，山东大学: 2001. Chapter 1 绪论 (2 学时) （Brief Introduction） 本章重点：1. 焊接基本概念及与其它连接（铆接、铸造、螺栓）的比较； 2．焊接的发展史及趋势； 3．.焊接的种类，焊接设备。 本章难点：焊接基本概念 1.1 焊接定义：两种或以上材料通过加压或加温或加压加温，可以加填充材料或不用，实现 分子或原子的融合的永久连接。 1.2 焊接技术: (welding technique)自二十世纪兴起以来，发展十分迅速，现已广泛地应用与 机械制造，石油，化工交通，电力，航空航天，造船，海洋工程，原子能等许多工业部门， 在化工容器与设备的制造中，焊接结构所占比例可达 90%以上，在整个工业中占 45%。 1.3 焊接技术的优点 1.3.1 结构可靠，接头连接系数高；接头连接系数= 100% 母材断裂强度 接头断裂强度 ，优质焊接接头 可达 100%，而铆接达到 70%已很困难。 1.3.2 与铆接和铸件相比，结构简单（可节省材料，模具，不用铆钉孔，也不用辅料） 1.3.3 连接厚度大，焊接最大可达 300mm，而 铆接最大可达 50mm 1.3.4 密封性好，焊接结构对各种流体介质都有良好的密封性 1.3.5 可焊接不同的材料，充分发挥各种材料的耐腐蚀性和高强度等优点 1.3.6 设计灵活简单，焊接结构可通过对接，角接，搭接等多种方法设计成任何结构 1.3.7 制造工艺简单，生产周期短，成本低，（200，000t 的焊接船，三个月可下水） 1.4 焊接的缺点 1.4.1 焊接变形和焊接残余应力，多数焊接方法采用局部加热，从而产生一个不均匀的温度 场，在一定的条件下会影响结构的承载能力，加工精度和尺寸的稳定性
14,2焊接接头的性能不均匀性,由于填充金属和基体金属的成分组织不同,这种不均匀性 对结构的力学行为,尤其对断裂行为的影响 14.3止裂性差,裂纹一旦扩展就不容易制止。 144焊接缺陷一一气孔、裂纹、夹渣 1.5焊接的发展史及趋势 公元前3000年:低温钎焊(铜金合金,铅锡合金) 1850年:高、低温的钎焊,锻接(能源=木炭+煤) 19世纪后期:(能源=电) 1880-1890:碳弧焊、金属电弧焊、氧-乙炔焊、电阻焊 1921年:建成第一艘全焊远洋轮船 1930年:焊飞机、埋弧焊(二战,全焊船,焊接经验少,断裂性难以控制 16焊接的分类
1.4.2 焊接接头的性能不均匀性，由于填充金属和基体金属的成分组织不同，这种不均匀性 对结构的力学行为，尤其对断裂行为的影响。 1.4.3 止裂性差，裂纹一旦扩展就不容易制止。 1.4.4 焊接缺陷——气孔、裂纹、夹渣。 1.5 焊接的发展史及趋势 公元前 3000 年：低温钎焊（铜金合金，铅锡合金） 1850 年：高、低温的钎焊，锻接（能源=木炭+煤） 19 世纪后期：（能源=电） 1880-1890：碳弧焊、金属电弧焊、氧-乙炔焊、电阻焊 1921 年：建成第一艘全焊远洋轮船 1930 年：焊飞机、埋弧焊（二战，全焊船，焊接经验少，断裂性难以控制） 1.6 焊接的分类
焊条电弧焊 熔化极理弧焊 气体保护焊 电弧焊 碳弧焊 非熔化积钨极氩弧焊 原子氢焊 熔化焊 特点:熔化母材和焊丝,传递热量 氧-乙炔焊 气焊{氧氢焊 石油液化气焊 热溶剂焊/铝热焊 镁热焊 锻焊 冷压 超声波焊 固相焊/电阻对焊-特点:不传递热量 摩擦焊 爆炸焊 高频焊 扩散焊 火焰 电阻炉 感应 电弧 钎焊 特点:焊件不熔化,填料比母材的熔点低 电子束 盐浴 接触 激光 Chapter2焊接接头与焊接规范 Welding joint and welding parameter 本章重点:1.焊接温度场 2焊接规范的选择
− − − − − − − − − − − 特点：焊件不熔化，填料比母材的熔点低 激光 接触 盐浴 电子束 电弧 感应 电阻炉 火焰 钎 焊 特点：不传递热量 扩散焊 高频焊 爆炸焊 摩擦焊 电阻对焊 超声波焊 冷压 锻焊 固相焊 特点：熔化母材和焊丝，传递热量 镁热焊 铝热焊 热溶剂焊 石油液化气焊 氧氢焊 氧 乙炔焊 气焊 原子氢焊 钨极氩弧焊 非熔化极 碳弧焊 气体保护焊 埋弧焊 焊条电弧焊 熔化极 电弧焊 熔化焊 Chapter 2 焊接接头与焊接规范 Welding joint and welding parameter 本章重点：1.焊接温度场 2.焊接规范的选择
3焊接规范对焊缝形状的影响 4焊接接头形式及焊缝代号 本章难点:1.焊接温度场的影响及分布 2.焊接规范的选择及对焊缝形状的影响 基本概念 、焊接过程( welding process):从焊接开始到形成优良的接头的过程 、焊接工艺( welding technology):焊接过程的一整套的技术规定包括(焊前准备 焊接材料、焊接设备、焊接方法、焊接顺序、焊接的最佳选择、焊后热处理) 焊缝 、焊接接头( welding joint){熔合区 热影响区 接头形式 四、接头设计( joint design):根据工艺条件确定的{坡口形式、尺寸 焊缝尺寸 对接接头( butt joint 角接接头( cornor joint) T形接头(T-jont 搭接接头( 五、接头形式 十字接头( cross shaped joint) 端接接头( edge joint) 卷边(edge- flange) 套管(mf 斜对接( scarf butt jont) 锁底对接( lock butt joint) 21焊接温度场( welding temperature field) 2.1.1温度场定义:某一瞬时工件上各点的温度T分布称为温度场 T一工件上某点某一瞬时的温度 x,y,z一工件上某点的空间坐标 等温线法 2.1.2研究温度场的方法 等温线法特点:各线面不相交,存在温度差(梯度) 温度梯度△7≈ (单位长度上的温度变化)
3.焊接规范对焊缝形状的影响 4.焊接接头形式及焊缝代号 本章难点：1.焊接温度场的影响及分布 2.焊接规范的选择及对焊缝形状的影响 基本概念： 一、焊接过程（welding process）：从焊接开始到形成优良的接头的过程 二、焊接工艺（welding technology）：焊接过程的一整套的技术规定包括（焊前准备、 焊接材料、焊接设备、焊接方法、焊接顺序、焊接的最佳选择、焊后热处理） 三、焊接接头（welding joint） 热影响区 熔合区 焊缝 四、接头设计（joint design）:根据工艺条件确定的 焊缝尺寸 坡口形式、尺寸 接头形式 五、接头形式 − − int) int) int) ) int) int) int) int) int) int) lock butt jo scarf butt jo muff jo edge flange edge jo cross shaped jo lap jo T T jo cornor jo butt jo 锁底对接（ 斜对接（ 套管（ 卷边（ 端接接头（ 十字接头（ 搭接接头（ 形接头（ 角接接头（ 对接接头（ 2.1 焊接温度场（welding temperature field） 2.1.1 温度场定义：某一瞬时工件上各点的温度 T 分布称为温度场 T = fx, y,z,t T—工件上某点某一瞬时的温度 x, y, z—工件上某点的空间坐标 t—时间 2.1.2 研究温度场的方法 等温线法 等温线法 特点：各线面不相交，存在温度差（梯度） 温度梯度 S T T T − = 1 2 （单位长度上的温度变化）
2.1.3温度场的分类 稳定温度场 工件上各点的温度不随时间变化 不稳定温度场---随时间变化 准稳定温度场---恒定热功率作用于焊件,开始是不稳定的,经过一段时间 便饱和 移动稳定温度场--恒功率的电源在工件上做匀速直线运动,温度场与热源以 同样的速度移动各点的温度只取决于空间坐标,与时间无 关形成相对稳定的温度场(相当于半个鸡蛋壳壮的等温面 向前移动 22规范的选择 221电弧对金属的加热 实际焊接热功率称为有效功率,用qu表示 qn=nU·---[/S ηn-电弧热效率,主要决定于,焊接方法,焊接规范,焊接材料的种类 手工电弧焊nn=0.77-0.87 埋弧自动焊n=0.77~0.99 222焊接规范的选择 焊接规范的定义:焊接时,焊接电流I( welding current),电弧电压U( arc voltage),焊 接速度v( welding speed,进条速度vr的数值的大小 焊接线能量( energy input)是焊接规范的一个综合指标,它表示单位长度焊缝上投入的有 效热量用q表示 qu nUr [cm/s 一焊缝长度 t—焊接时间 规范→温度场→成形→焊缝质量 2.2.3手工电弧焊焊接规范的选择 电弧电压一般为20-25V,由于高温会导致药皮的脱落,所以温度应控制在400°C,电 流不能太大,根据经验公式:I=K·d 22.4埋弧自动焊接规范的选择 电流的选择:一种是根据焊缝熔深选择,S=k·Ⅰ 另一种是根据焊条直径选择,Ⅰ=110d-10d2±100 进条速度Ⅴr的选择:要保证电弧不断的稳定的燃烧,必须使进条速度等于溶化速度
2.1.3 温度场的分类 − − − − − − − − − − − − 向前移动 关形成相对稳定的温度场 相当于半个鸡蛋壳壮的等温面 同样的速度移动各点的温度只取决于空间坐标，与时间无 移动稳定温度场 恒功率的电源在工件上做匀速直线运动，温度场与热源以 便饱和 准稳定温度场 恒定热功率作用于焊件，开始是不稳定的，经过一段时间 不稳定温度场 随时间变化 稳定温度场 工件上各点的温度不随时间变化 ( 2.2 规范的选择 2.2.1 电弧对金属的加热 实际焊接热功率称为有效功率，用 q u 表示 q U I J S u u = − − − / u --电弧热效率，主要决定于，焊接方法，焊接规范，焊接材料的种类 手工电弧焊 u =0.77~0.87 埋弧自动焊 u =0.77~0.99 2.2.2 焊接规范的选择 焊接规范的定义：焊接时，焊接电流 I（welding current），电弧电压 U(arc voltange)，焊 接速度 VH(welding speed),进条速度 VT的数值的大小 焊接线能量(energy input)是焊接规范的一个综合指标，它表示单位长度焊缝上投入的有 效热量用 qL 表示 qL= H H u V UI V q = [J/cm] VH = t L [cm/s] L—焊缝长度 t—焊接时间 规范→温度场→成形→焊缝质量 2.2.3 手工电弧焊焊接规范的选择 电弧电压一般为 20~25V，由于高温会导致药皮的脱落，所以温度应控制在 400ºC，电 流不能太大，根据经验公式: I = Kd 2.2.4 埋弧自动焊接规范的选择 电流的选择：一种是根据焊缝熔深选择， S = k I 另一种是根据焊条直径选择， 110 10 100 2 I = d − d 进条速度 VT的选择：要保证电弧不断的稳定的燃烧，必须使进条速度等于溶化速度
单位时间溶化的焊条的重量On=kx·[gh 单位时间送进的焊条的重量ar=F7y·Vr[gh] Fx-焊条截面积 条比重 Kr·I sion: v= Fr·y 焊接速度VH的选择: Conclusion: I 电弧电压的选择:一般为20~40V 2.3焊接规范对焊缝形状的影响 2.3.1焊缝形状特征 形状系数y=S 基体金属比B= F--堆焊金属截面积 F--基体金属熔化截面积 填充系数 6~12 注:焊缝成形( appearance of weld)-熔焊时,液态焊缝金属冷凝形成的焊缝外形 2.32焊接电流对焊缝形状的影响:对熔深影响最大(正比),熔宽和增高量影响不大 2.3.3电弧电压对焊缝形状的影响:对熔宽影响最大(正比),熔深和增高量有所下降 234焊接速度对焊缝形状的影响:随着焊接速度的増加,焊接线能量减小,熔宽明显变窄, 增高量有所増加,熔深逐渐减小 235焊丝直径对焊缝形状的影响:焊丝直径増加,电弧摆动作用加强,熔宽増加,当焊接 电流不变,随着焊丝直径的减小,电流密度有所增加,熔深也相应增加 24焊接接头型式及焊缝代号( welding symbols 241焊接接头的基本型式,对接焊接边缘分为:卷边,平对,V型,X型,K型,U型等 坡口,目的是为了确保接头的质量及其经济性,坡口尺寸按照GB985-88和GB986-88 2.4.2焊缝代号及标注方法:按照GB32488规定 2421常用焊接方法的代号,用一个大写的英文字母 2.4_22基本代号,采用近似焊缝横截面形状的符号表示 2423辅助符号,表示焊缝表面形状特征的符号 2424补充符号,是补充说明焊缝的某些特征的符号 2.42.5尺寸符号,是表示焊缝各部分焊缝尺寸大小的符号 2426指引线,表示焊缝位置的符号(是由箭头线,和两条基准线) 思考题:
单位时间溶化的焊条的重量 k I T T = [g/h] 单位时间送进的焊条的重量 T FT VT = ' [g/h] FT --焊条截面积 --焊条比重 Conclusion: = T T T F K I V 焊接速度 VH 的选择： Conclusion: = H H H F K I V 电弧电压的选择：一般为 20~40V 2.3 焊接规范对焊缝形状的影响 2.3.1 焊缝形状特征 形状系数 = =1.3 ~ 2 S C 基体金属比 F FH F + = 0 0 − − − − 基体金属熔化截面积 堆焊金属截面积 FH F0 填充系数 0 = = 6 ~ 12 H C [注]：焊缝成形(appearance of weld)---熔焊时，液态焊缝金属冷凝形成的焊缝外形 2.3.2 焊接电流对焊缝形状的影响：对熔深影响最大（正比），熔宽和增高量影响不大 2.3.3 电弧电压对焊缝形状的影响：对熔宽影响最大（正比），熔深和增高量有所下降 2.3.4 焊接速度对焊缝形状的影响：随着焊接速度的增加，焊接线能量减小，熔宽明显变窄， 增高量有所增加，熔深逐渐减小。 2.3.5 焊丝直径对焊缝形状的影响：焊丝直径增加，电弧摆动作用加强，熔宽增加，当焊接 电流不变，随着焊丝直径的减小，电流密度有所增加，熔深也相应增加。 2.4 焊接接头型式及焊缝代号（welding symbols） 2.4.1 焊接接头的基本型式，对接焊接边缘分为：卷边，平对，V 型，X 型，K 型，U 型等 坡口，目的是为了确保接头的质量及其经济性，坡口尺寸按照 GB985-88 和 GB986-88 2.4.2 焊缝代号及标注方法：按照 GB324-88 规定 2.4.2.1 常用焊接方法的代号，用一个大写的英文字母 2.4.2.2 基本代号，采用近似焊缝横截面形状的符号表示 2.4.2.3 辅助符号，表示焊缝表面形状特征的符号 2.4.2.4 补充符号，是补充说明焊缝的某些特征的符号 2.4.2.5 尺寸符号，是表示焊缝各部分焊缝尺寸大小的符号 2.4.2.6 指引线，表示焊缝位置的符号（是由箭头线，和两条基准线） 思考题：
思考题1~3:[习题集]思考2.1-2.3; 习题: 习题1-6:[习题集]2.1-1~2.1-3 [习题集]2.2-1~2.2-2 习题集]2.3-1, Chapter3焊接变形与应力 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 31焊接应力与变形的基本概念 3.1.1焊接应力产生的原因及分类 宏观应力:在整个焊接范围平衡的应力 按应力的分布范围2微观应力:在晶粒范围内相互平衡的应力 3超微观应力:在晶格范围平衡的应力 1单向应力:应力沿构件的一个方向作用 根据结构中的空间位置{2双向应力:应力沿构件的两个方向作用 3三向应力:应力沿构件的三个方向作用 根据应力与缝的相对位置门纵向应力:应力作用方向与焊缝平行 2横向应力:应力作用方向与焊缝垂直 瞬时应力:焊接过程出现的应力 根据应力产生、作用的时间 2残余应力:焊后留下的应力
思考题 1~3: [习题集]. 思考 2.1 ~2.3; 习 题: 习 题 1~6: [习题集] 2.1--1 ~ 2.1-3, [习题集] 2.2 –1~ 2.2-2, [习题集] 2.3 –1, Chapter 3 焊接变形与应力 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 3.1 焊接应力与变形的基本概念 3.1.1 焊接应力产生的原因及分类 按应力的分布范围 超微观应力：在晶格范围平衡的应力 微观应力：在晶粒范围内相互平衡的应力 宏观应力：在整个焊接范围平衡的应力 3. 2. 1. 根据结构中的空间位置 三向应力：应力沿构件的三个方向作用 双向应力：应力沿构件的两个方向作用 单向应力：应力沿构件的一个方向作用 3. 2. 1. 根据应力与焊缝的相对位置 横向应力：应力作用方向与焊缝垂直 纵向应力：应力作用方向与焊缝平行 2. 1. 根据应力产生、作用的时间 残余应力：焊后留下的应力 瞬时应力：焊接过程出现的应力 2. 1
温度应力:由于焊件不均匀加热引起的应力 根据应力形成原因{2拘束应力:由于焊件热变形受到拘束引起的应力 组织应力:由于接头金属组织转变时体积变化受阻 3.1.2焊接变形产生原因及分类 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。Mx=a·L0[T-T] 单位长度的自由变形量: =a·[T1-o] 外观变形:当金属物在温度变化过程中受到阻碍,不能完全的自由变形,把能表现出 来的这部分变形,称为外观变形 △L Eo 内部变形:把未表现出来的那部分变形,称为内部变形 △L=△ 3.1.3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 3弯曲变形:由于焊缝的布置偏离焊件的形心轴 4角变形:焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移 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 32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、p、E、σs、Ob、δ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 3.2.1不同拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力 杆件在无拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力 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 .aka 2.|EE,;m600C
根据应力形成原因 组织应力：由于接头金属组织转变时体积变化受阻 拘束应力：由于焊件热变形受到拘束引起的应力 温度应力：由于焊件不均匀加热引起的应力 3. 2. 1. 3.1.2 焊接变形产生原因及分类 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： = = L0 LT T [ ] T1 −T0 外观变形：当金属物在温度变化过程中受到阻碍，不能完全的自由变形，把能表现出 来的这部分变形，称为外观变形。 0 0 0 L L = 内部变形：把未表现出来的那部分变形，称为内部变形 L = L0 −LT L0 L = 3.1.3 焊接残余变形的基本类型 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 波浪变形：焊后构件程波浪形，在焊薄板中出现 角变形：焊后构件的平面围绕焊缝产生的角位移 弯曲变形：由于焊缝的布置偏离焊件的形心轴 横向收缩变形：构件焊后在垂直焊缝的方向上尺寸缩短 纵向收缩变形：构件焊后在平行焊缝的方向上尺寸缩短 6. 5. 4. 3. 2. 1. 3.2 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 3.2.1 不同拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力 杆件在无拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力 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 1. s | | 2. s | | ； T C max 500 3. s | | ； T C max 600
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 .Eka 2.|EE,;TmEn;Tm>600°C 33长板条(长宽比>45)在不均匀温度场作用下变形和应力 假定:1单向应力 2线热源,厚度方向上温度是均匀的 截面保持平面 3.31长板条在中心加热引起的纵向收缩变形和应力 3.32长板条非对称加热引起的变形和应力 残余应力的分布是:焊缝及近焊缝区域受到拉应力,常达σs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。 34焊接残余变形 34.1纵向收缩变形及产生的弯曲变形 焊缝纵向收缩量与焊接线能量或主作用区的面积成正比 1.纵向收缩变形结论{2.焊缝纵向收缩量与工件横截面面积成反比 B3焊缝绝对收缩凉随焊缝长度的增大而增大 1与焊接线能量或堆焊面积成正比 2.纵向引起弯曲变形结论{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 342横向收缩变形及其产生的挠曲变形 变形量:气焊>手工焊>自动焊 横向收缩变形结论 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 2.横向引起弯曲变形与焊缝到焊件形心的距离成正比 343角变形 1.焊缝横向收缩引起的弯曲角变形 2.焊缝金属收缩引起的倾斜角变形 3.丁字接头和搭接接头的角变形 防止方法:可采用对称焊;双面Ⅴ形坡口多道焊:单面开U型坡口;非对称双面V形坡 口(先焊小的) 344波浪变形 原因:薄板在承受压应力,当其中的压应力达到临界应力σa,薄板将出现波浪变形失去 承载能力,称之为失稳
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 1. s | | 2. s | | ； T C max 500 3. s | | ； T C max 600 3.3 长板条（长宽比>>4~5）在不均匀温度场作用下变形和应力 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 3.3.1 长板条在中心加热引起的纵向收缩变形和应力 3.3.2 长板条非对称加热引起的变形和应力 残余应力的分布是：焊缝及近焊缝区域受到拉应力，常达 S 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。 3.4 焊接残余变形 3.4.1 纵向收缩变形及产生的弯曲变形 1. 纵向收缩变形结论 焊缝绝对收缩凉随焊缝长度的增大而增大 焊缝纵向收缩量与工件横截面面积成反比 焊缝纵向收缩量与焊接线能量或主作用区的面积成正比 3. 2. 1. 2. 纵向引起弯曲变形结论 与构件的截面惯性矩成反比 与焊缝偏离板条形心轴的距离成正比 与焊接线能量或堆焊面积成正比 3. 2. 1. 3.4.2 横向收缩变形及其产生的挠曲变形 1. 横向收缩变形结论 丁字接头：立板越厚，横板上的热能量越小，变形小 角焊缝：板越厚，刚度越大，横向收缩小 随焊丝金属量，板厚和坡口角度的增大而增大 变形量：气焊 手工焊 自动焊 4. 3. 2. 1. 2. 横向引起弯曲变形与焊缝到焊件形心的距离成正比 3.4.3 角变形 1. 焊缝横向收缩引起的弯曲角变形 2. 焊缝金属收缩引起的倾斜角变形 3. 丁字接头和搭接接头的角变形 防止方法：可采用对称焊；双面 V 形坡口多道焊；单面开 U 型坡口；非对称双面 V 形坡 口（先焊小的） 3.4.4 波浪变形 原因：薄板在承受压应力，当其中的压应力达到-临界应力 cr ，薄板将出现波浪变形失去 承载能力，称之为失稳