焊接殘余變形焊接過程中由于熱量的輸入和材料的相變會導致結構內部應力分布不均,這種殘余應力最終會表現為焊接件的變形。了解焊接殘余變形的性質和規律,對于優化焊接工藝、提高焊接質量至關重要。導言深入探討焊接殘余變形本課件將全面系統地介紹焊接殘余變形的定義、成因及其對焊接結構件性能的影響。掌握測量與控制技術同時闡述焊接殘余變形的測量方法和有效的控制措施，為工程實踐提供指導。分析典型案例通過具體案例分析,深化對焊接殘余變形的理解,為工程設計和制造提供參考。焊接殘余變形的定義定義焊接殘余變形是指焊接過程中由于不均勻的溫度分布和熱應力引起的永久性變形。特點焊接殘余變形通常呈現出平面變形、橫向彎曲、縱向彎曲等形式。影響焊接殘余變形會對工件的幾何尺寸和使用性能造成不利影響。焊接殘余變形的成因溫度分布焊接過程中復雜的溫度分布是產生殘余變形的主要原因。溫度梯度和非均勻加熱冷卻會引起熱應力和塑性變形。材料性能材料的熱膨脹系數、屈服強度和延性等特性會影響殘余變形的大小和分布。合理選擇材料很重要。焊接工藝焊接電流、焊接速度和焊接順序等工藝參數的選擇也是影響殘余變形的關鍵因素。焊接缺陷焊接過程中產生的氣孔、裂紋等缺陷會導致局部應力集中,從而引起變形。溫度分布的影響溫度梯度焊接過程中會產生復雜的溫度梯度,焊縫區域溫度最高,向外逐漸降低。溫度梯度的大小和分布是影響焊接殘余變形的關鍵因素。冷卻速度焊接后材料的快速冷卻會導致局部急劇收縮,進而引發嚴重的焊接殘余變形。合理控制冷卻速度對降低變形很關鍵。熱輸入量焊接熱輸入量的大小直接影響溫度分布和冷卻過程,進而影響殘余變形。適當控制焊接熱輸入有助于減小變形。材料性能的影響熱膨脹系數不同材料的熱膨脹系數差異會導致焊接過程中局部溫度變化引起的變形不一致。高熱膨脹系數的材料更容易發生變形。熱導率熱導率高的材料能更快地傳導熱量,有利于緩解局部溫度變化,降低變形程度。而熱導率低的材料變形風險更高。屈服強度屈服強度較低的材料在焊接過程中更容易產生塑性變形,增加殘余變形。而高屈服強度材料的變形相對較小。熱處理狀態不同熱處理狀態下材料的力學性能和組織結構差異會影響焊接變形。通常時效硬化材料的變形較小。焊接工藝參數的影響焊接電流和電壓焊接電流和電壓的選擇直接影響熔池尺寸、熱輸入和冷卻速度，從而決定焊縫的幾何尺寸和組織結構。焊接速度焊接速度過快會導致焊縫成形不良和焊透不足，過慢則會造成過度熔融和變形。合理控制焊接速度至關重要。焊材選擇焊材的成分和性能會影響熔池流動性、凝固收縮和殘余應力，從而影響焊接變形。選用適當的焊材非常必要。焊接順序合理安排焊接順序可以有效控制溫度分布和變形。一般采用中間焊進后收縮的焊接順序。焊接缺陷的影響氣孔焊接過程中氣體包圍或溶解在熔池中,最終凝固時形成的小氣孔,會影響焊接結構的強度和耐蝕性。裂紋熱應力與化學成分不匹配導致的熱裂紋,會嚴重影響焊接件的使用性能。夾渣焊接過程中熔池內夾雜的非金屬性夾渣,會引起應力集中,降低焊縫強度。未熔合焊接過程中母材與焊絲融合不完全,會導致焊縫出現缺陷,降低焊縫質量。殘余應力的影響引發應力集中焊接過程中產生的殘余應力會在焊縫和熱影響區域形成應力集中區域,增加了斷裂或疲勞失效的風險。造成應力分布不均殘余應力的分布不均會造成應力狀態的復雜化,從而影響焊接構件的使用壽命。誘發焊接殘余變形焊接過程中產生的殘余應力是引起焊接殘余變形的主要原因之一,需要采取有效措施進行控制。焊接殘余變形的分類平面變形指焊件表面出現的局部平面扭曲變形，主要發生在薄板結構和薄壁結構中。彎曲變形包括橫向彎曲和縱向彎曲，是最常見的焊接殘余變形類型之一。收縮變形焊縫處由于熱收縮而產生的變形，包括焊縫寬度和焊縫長度的收縮。局部變形由于焊接熱量的局部性而引起的局部變形，如焊縫凹陷、焊接變厚等。平面變形1收縮變形焊件在焊接過程中會發生收縮變形,導致成品尺寸偏差。這是最常見的平面變形類型。2扭曲變形不均勻的溫度分布和材料性能差異會導致焊件產生平面內的扭曲變形。3翹曲變形焊接熱量在焊縫兩側的不對稱分布會引起焊件的翹曲變形。4突出變形焊件在局部區域出現的腫脹或鼓起形變,通常發生在焊縫附近。橫向彎曲變形發生原因橫向彎曲變形通常由于不對稱的焊縫收縮引起,在單邊焊或角焊時尤為常見。變形特點工件會呈現出一種橫向彎曲的狀態,這會影響結構的外觀和使用性能。影響因素材料特性、焊接工藝參數和焊縫形狀等都會對橫向彎曲變形產生影響。縱向彎曲變形梁結構變形焊接過程中,梁結構由于熱脹冷縮會產生縱向彎曲變形。這種變形主要體現在梁的中部發生彎曲,兩端變直。板結構變形對于大型板結構,焊接后也會出現明顯的縱向彎曲變形。這是由于焊縫區域的收縮造成的。焊縫收縮變形焊縫區域的熱量輸入和收縮是導致縱向彎曲變形的主要原因。控制焊縫收縮是關鍵。焊縫收縮變形收縮量大焊縫收縮變形是指焊接過程中,金屬在冷卻過程中體積收縮,導致焊件出現變形。這種收縮量通常較大,會對工件的尺寸精度產生嚴重影響。主要影響因素焊縫收縮變形受焊接材料、焊接工藝參數、焊接順序等諸多因素的影響。合理控制這些因素對于減小收縮變形至關重要。局部變形焊縫附近的局部變形焊縫區域由于熱量集中而引起的局部膨脹、收縮會造成焊縫附近的局部變形。孔洞和開口附近的局部變形焊接結構件上的孔洞和開口會造成應力集中,從而導致局部變形。焊接順序造成的局部變形不合理的焊接順序會引起局部熱量分布不均,造成局部變形。焊接殘余變形的測量方法1光學測量利用數字相機、激光掃描等技術精確測量焊接變形2電磁測量通過電磁感應原理測量表面和內部應力狀態3機械測量使用測桿、卡尺等工具直接測量焊縫變形尺寸精確測量焊接殘余變形是控制和優化焊接過程的關鍵。現代測量技術包括光學掃描、電磁感應和機械量測等方法,可以全面分析焊接變形的特征和程度,為制定有效的控制措施提供依據。光學測量方法三維光學掃描利用特殊的光學設備對物體進行三維掃描,可以獲得焊接結構件的高精度三維形貌數據。條紋投射法投射精細的條紋圖案到工件表面,通過分析投影變形獲得物體表面的三維形狀。數字圖像相關法利用數字相機拍攝焊接前后的工件表面圖像,通過圖像分析計算得到位移和應變分布。電磁測量方法1磁粉探傷法將工件浸入磁性顆粒懸浮液中,利用工件表面殘余磁場或外加磁場產生的磁粉聚集可以檢測焊縫及其附近的缺陷。2渦流探傷法利用工件的電導率和磁導率變化來檢測內部或表面缺陷,可以實現快速無損檢測。3超聲波探傷法利用高頻超聲波在工件內部傳播的特性,可以精確定位和評估焊接變形和缺陷。機械測量方法觸針探測使用觸針接觸待測工件表面,測量變形量的位置和大小。是最常用的機械測量方法之一。干涉法利用兩束光線干涉的原理,可以精確測量微小的表面變形。需要專業設備支持。影像測量使用高分辨率相機捕捉待測工件在變形前后的圖像,通過圖像分析計算得到變形量。焊接殘余變形的控制措施1合理選擇焊接工藝選擇恰當的焊接方法、焊接位置、焊接順序等2采用預彎或預變形技術引入相反方向的預彎曲或預變形來抵消殘余變形3利用焊接夾具和輔助裝置采用合理的固定裝置和輔助拉應力的措施采取多種控制焊接殘余變形的措施,包括選擇合理的焊接工藝參數、采用預彎曲或預變形技術、利用焊接夾具和輔助裝置等。這些措施能夠有效地降低焊接件的變形程度,確保結構件的尺寸精度和外形美觀。合理選擇焊接工藝工藝選擇的關鍵因素在選擇焊接工藝時,需考慮材料特性、結構設計、焊接要求等因素,做出科學合理的選擇。匹配焊機與焊接方法根據工件材質和形狀,選擇適用的焊機型號和焊接方法,如電弧焊、氬弧焊等,以達到最佳焊接質量。優化焊接工藝參數通過調整電流、電壓、焊速等參數,充分利用焊機性能,控制焊接熱輸入,最大限度減小變形。采用先進焊接技術利用脈沖焊、冷焊等新工藝,可有效預防和控制焊接殘余變形。采用預彎或預變形技術預彎制造將焊接件預先彎曲到與所需形狀相反的方向,以補償焊接收縮所引起的變形。預變形夾具使用特制的夾具裝置,在焊接過程中對零件進行預變形控制,以補償焊接變形。計算機輔助設計利用有限元分析等數值模擬技術,預測焊接變形并提出相應的預彎或預變形量。利用焊接夾具和輔助裝置合理設計焊接夾具通過合理設計焊接夾具,可以有效限制焊件變形,保持焊件尺寸和形狀穩定。合理的夾具設計還可以簡化焊接工藝,提高生產效率。利用輔助裝置在焊接過程中使用輔助裝置,如焊接支架、對中裝置、定位裝置等,可以控制焊件的位置和姿態,降低焊接殘余變形。自動化焊接設備采用焊接機器人等自動化設備進行焊接,可以精準控制焊接參數,提高焊接質量,降低人為操作引起的變形。利用機械處理方法機械加工通過機械切削、磨削等加工方法,可以去除焊接殘余變形,恢復零件的尺寸精度和幾何形狀。焊縫滾壓滾壓焊縫可以改善表面質量,消除焊縫上的殘余應力和變形。這種方法適用于薄板焊接。沖壓整形在焊接后利用沖壓工藝對變形的部位進行整形校正,可以有效消除彎曲變形。這種方法適合于壁厚較大的焊件。利用熱處理方法預熱處理在焊接前對工件進行預熱處理可以降低溫度梯度,從而減小焊接殘余變形。應力釋放焊接后進行應力釋放熱處理可以消除焊接殘余應力,從而減少變形。正火處理正火處理可以改善材料組織結構,提高強度和韌性,有利于減小焊接變形。案例分析通過具體案例分析焊接殘余變形的成因和控制措施,深入剖析焊接變形的復雜機制。示例一：薄壁結構件焊接變形薄壁結構件在焊接過程中會產生嚴重的變形,主要包括平面變形、橫向彎曲變形和縱向彎曲變形等。這種變形主要由于焊縫部位溫度升高導致的熱應力所引起,同時還與材料厚度、焊接工藝、焊縫形狀等因素有關。合理控制這些因素對減少薄壁結構件焊接變形至關重要。厚壁結構件焊接變形對于厚壁結構件而言,由于熱量輸入較大,溫度梯度及熱應力變化也較為劇烈,導致焊接過程中出現嚴重的縱向彎曲變形。這種變形通常較為難以控制,需要采取有效的工藝措施進行補償和矯正。典型的厚壁結構件包括大型機械設備部件、船舶艙體等,焊接質量和變形控制對其制造至關重要。合理的焊接工藝設計、夾具裝置以及熱處理是關鍵因素。復雜結構件焊接變形對于復雜結構件,焊接過程中會出現各種形式的殘余變形,包括平面變形、彎曲變形以及局部變形等。這些變形會嚴重影響結構件的尺寸精度和外觀質量,給后續的加工和組裝工作帶來很大困難。為了控制復雜結構件焊接變形,需要深入分析變形的成因,并采取針對性的預防和糾正措施,如合理選擇焊接工藝參數、利用預彎或預變形技術、使用焊接夾具等。同時還要注重焊接過程中溫度分布的控制,以及材料性能的調節。結論總結關鍵發現通過對焊接殘余變形的成因、影響因素和分類的深入探討,為工程實踐提供了理論