低合金钢T型接头焊接变形的测量与计算

毕业设计（论文）低合金钢T型接头焊接变形的测量与计算学院：年级专业：学生姓名：指导教师：答辩日期：燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：教研室：学号学生姓名专业班级课题题目低合金钢T型接头焊接变形的测量与计算来源自拟主要内容以T型构件作为研究对象，制定未开坡口或开坡口试件的焊接工艺，分析焊接变形的影响因素，尤其是对工艺过程中的焊接热输入做重点探讨；对T型构件焊缝的纵向收缩进行实测，推导变形量的计算公式，在科学简化的基础上进行了计算，并将估算值与实测值进行对比。基本要求1．题目应恰当、准确地反映本课题的研究内容；2．论文主体是论文的主要部分，要求结构合理，层次清楚，重点突出，文字简练、通顺；3．结论是对整个论文主要成果的归纳，要突出设计的创新点，以简练的文字对论文的主要工作进行评价。参考资料[1]陈楚．船体焊接变形.国防工业出版社．1985年4月[2]中国机械工程学会．焊接结构(第三版)．北京：机械工业出版社.1992[3]程友胜．焊接应力和焊接变形的论述[J]．煤矿机械，2003：59-60[4]王者昌．关于焊接残余应力消除原理的探讨[J]．焊接学报，2000：55-58[5]王青春.王勇．焊接应力与变形问题的探讨[J]．煤矿机械，2007：68-70周次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周应完成的内容搜集资料；确定题目完成第1章完成第2章完成第3章修改、完善，上交指导教师：教研室审批：说明：如计算机输入，表题黑体小三号字，内容五号字。本任务书一式三份，教务科、教师、学生各执一份。摘要I摘要焊接由于工艺过程中高度集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后不可避免地会产生焊接应力和变形，而焊接变形会对结构的外观、承载能力、服役性能等方面产生诸多不利的影响，因此对焊接残余变形量进行分析和估算具有很重要的现实意义。本文以T型构件作为研究对象，制定未开坡口或开坡口试件的焊接工艺，分析焊接变形的影响因素，尤其是对工艺过程中的焊接热输入做重点探讨；对T型构件焊缝的纵向收缩进行实测，推导变形量的计算公式，在科学简化的基础上进行了计算，并将估算值与实测值进行对比。实验结果表明所选用的焊接规范参数符合实际焊接要求，计算公式得当，其焊接工艺与变形的计算方法能够为生产实际提供理论依据。关键词：T型接头；焊接变形；热输入i目录摘要.............................................................................................................I目录............................................................................................................i引言............................................................................................................1第1章焊接变形及其影响因素.................................................................31.1焊接产生变形的原因.......................................................................31.2焊接变形的分类及其之间的关联...................................................41.3焊接变形的影响因素........................................................................81.4预防和控制焊接变形的方法...........................................................11第2章T型构件焊接工艺及焊接变形测试.........................................142.1试件的材料及尺寸..........................................................................142.2材料的成分及性能..........................................................................142.3焊接工艺参数的选择......................................................................152.4焊接步骤..........................................................................................182.5焊接变形的测量与结果..................................................................19第三章变形的计算...................................................................................213.1焊接变形计算方法..........................................................................213.2固有应变法......................................................................................243.3试件焊接变形的计算......................................................................273.4计算值与实测值得比较..................................................................283.5分析实验的误差原因......................................................................28结论..........................................................................................................30参考文献....................................................................................................31致谢..........................................................................................................33引言1引言焊接作为一种灵活高效的连接方式广泛的应用于桥梁、船舶、建筑、航空、压力容器等制造业，随着我国钢结构产业的高速发展，焊接技术在钢结构工程中得到大量的应用，在工农业的各个生产部门，焊接结构遍布于国民经济的各个领域。从民间交通到火箭导弹等运载工具，从农业机械到各种精密机械和重型及其处处皆有。然而，随之而来的焊接结构残余变形也一直困扰着焊接界，此现象也成为人们密切关注的焦点。焊接变形的存在不仅造成了焊接结构形状变异，尺寸精度下降和承载能力降低，而且在工作载荷作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是焊接结构早期失效的主要原因，也是造成焊接结构疲劳强度降低的原因之一。这些缺陷的产生主要是焊接时不合理的热过程引起的。由于高度集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生大的残余应力(焊接残余应力)和变形(焊接残余变形、焊接收缩、焊接翘曲)，焊接过程中产生的动态应力和焊后残余应力影响构件的变形和焊接缺陷，而且在一定程度还影响结构的加工精度和尺寸的稳定性。因此，在设计和施工时必须充分考虑焊接应力和变形的特点。焊接是将金属材料连接成构件的最重要的方法，无论添加或不添加填充金属，包括表面堆焊焊缝，大多数焊接过程的技术核心是被连接表面的熔化，随后是连续的冷却，局部热输入形成局部熔化，同时尽可能的减少向构件内部的热扩散和向周围环境的热散失，焊接过程是一个不均匀的、快速地加热和冷却的过程。其中熔化焊接时，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显著的变化，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、残余应力与变形大引言2小，所以焊接热过程的准确计算和测定是焊接应力和变形分析的前提。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。焊接过程中以及焊后结构都将不可避免地产生焊接变形，而这些变形焊接施工中最麻烦也是最难处理的问题之一。焊接变形的存在不仅影响结构的尺寸精度和外观,而且有可能降低其承载能力和机械性能，更重要的是容易引起焊接结构的失稳。在焊接过程中，焊接变形的存在不仅影响焊接结构的制造过程，焊接变形甚至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、疲劳强度、抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂能力。因此对焊接变形的分析和对焊接变形量的估算具有重要意义。本文分为三章，第一章介绍焊接变形产生的原因及影响因素，并分析了焊接变形的种类及各类之间的关联；第二章以T型焊接构件为研究对象，制定焊接工艺，并对焊缝的纵向收缩进行实测；第三章论述了焊接变形的估算，并将估算值与实测值进行对比，以便为生产实践提供理论依据。第1章焊接变形及影响因素3第1章焊接变形及其影响因素1.1焊接产生变形的原因焊接接应力和变形是由多种因素交互作用而导致的结果。通常，若仅就其内拘束度的效应而言，焊接应力与变形可表诉如下。焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区溶化；而与熔池毗邻的高温区材料热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形；在在冷却过程中，已已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围条件的制约，而不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸而卸载；与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩使也产生相应的收缩拉应力与变形。这样，在焊接接头区产生了缩短的不协调应变。焊接变形产生的原因有以下几种：（1）不均匀的局部加热和冷却是最主要原因。焊接时，试板的局部被加热到熔化状态，形成了试板上温度的不均匀分布区，使试板出现不均匀的热膨胀，热膨胀受到周围金属的阻碍不能自由膨胀而受到压应力，周围的金属则受到拉应力。在靠近焊缝一侧高温区受到热压力作用，而在远离焊缝一侧受到热拉应力的作用。当被加热金属受到的压应力超过其屈服点时，就会产生塑性变形。试板冷却时，由于焊缝先后冷却时间不同，先焊的先冷却凝固，存在一定强度，阻止了后焊的焊缝在横向的自由膨胀，使其产生横向压缩变形。后焊的焊缝冷却时，横向收缩受到阻止，而产生横向拉应力，而先焊部分则产生横向压应力。由于加热的金属在加热时已产生了压缩的塑性变形，所以，最后的长度要比未被加热金属的长度短些。（2）焊缝金属及焊接热影响区的组织发生变化。焊缝及焊接热影响区金属在焊接时加热到熔点或固态相变温度以上，冷却过程中其金属组织要发生变化。由于各种组织的比容不同，因此随之发生体积的变化。（3）钢结构刚性不大时，焊缝在结构中对称布置，施焊程序合理时第1章焊接变形及影响因素4只产生线性缩短；当焊缝布置不对称时，还会产生弯曲变形；焊缝截面重心与接头截面重心在同一位置上时，只要施焊程序合理，只产生线性缩短；当焊缝截面重心偏离接头截面重心时，还会产生角变形。焊缝数量越多，变形越