【正文】 16Mn ≤ 16 熱軋 ≥ 250 510660 22 ≥ 27 29 表 24 材料的熱物理性能 26 鋼號 溫度℃ 20 100 200 300 400 500 16Mn 彈性模量 E/Mpa *105 *105 *105 *105 切變模量 G/Mpa *104 *104 *104 導(dǎo)熱系數(shù)λ /W(M*K)1 線膨脹系數(shù)α /mm(mm*℃ )1 *105 比熱容 J/() 450 密度 kg/m^3 7870 泊松比 焊接工藝參數(shù)的選擇 手工電弧焊主要的工藝參數(shù)是焊接電流，電弧電壓和焊接速度，其次是焊條直徑接頭形式等。如焊接加強板，間斷焊接可減少 75％的焊縫填充量，同時也能保證所需強度。雙面焊時情況有所不同，隨著坡口角度和間隙的減小，橫向收縮減小，同時角變形也減小。力學(xué)性能對焊接變形的影響比較復(fù)雜，熱膨脹系數(shù)的影響最為明顯，隨著熱膨脹系數(shù)的增加焊接變形相應(yīng)增加。 波浪變形一般在薄板焊接時出現(xiàn)較多。同理，間斷焊的縱向收縮變形要比連續(xù)焊時小得多。這是因為先焊的橫向收縮對后焊的焊縫產(chǎn)生一個擠壓作用，使后者產(chǎn)生更大的橫向壓縮變形。試板冷卻時，由于焊縫先后冷卻時間不同，先焊的先冷卻凝固，存在一定強度，阻止了后焊的焊縫在橫向的自由膨脹，使其產(chǎn)生橫向壓縮變形。 焊接是將金屬材料連接成構(gòu)件的最重要的方法，無論添加或不添加填充金屬， 包括表面堆焊焊縫，大多數(shù)焊接過程的技術(shù)核心是被連接表面的 熔化，隨后是連續(xù)的冷卻，局部熱輸入形成局部熔化，同時盡可能的減少向構(gòu)件內(nèi)部的熱擴散和向周圍環(huán)境的熱散失，焊接過程是一個不均勻的、快速地加熱和冷卻的過程 。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。因此，在設(shè)計和施工時必須充分考慮焊接應(yīng)力和變形的特點。當(dāng)被加熱金屬受到的壓應(yīng)力超過其屈服點時，就會產(chǎn)生塑性變形。橫向變形沿焊縫長度上的分布并不均勻。分的層數(shù)越多，每層所用的線能量就越小，變形也越小。構(gòu)件的焊接后呈波浪狀的變形，主要出現(xiàn)在薄鋼板的焊接中，是由于薄鋼板焊后存在焊縫內(nèi)應(yīng)力，在內(nèi)應(yīng)力作用下，使薄板失穩(wěn)，形成波浪變形。其中熱物理性能參數(shù)的影響主要體現(xiàn)在熱傳導(dǎo)系數(shù)上，一般熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，溫度梯度越大，焊接變形越顯著。板厚上、下收縮量差別大，因而角變形較大。填充焊縫的焊接金屬量應(yīng)最小，焊縫應(yīng)呈平坦或微凸形，過量的焊接金屬不會增加強度，反而會增加收縮力，增加焊接變形，如圖 19. 圖 19 避免過量焊接 通常，焊接變形不作為“問題”時，選擇常規(guī)的焊接接頭最經(jīng)濟；變形量較大時，則應(yīng)選擇接頭形式以平衡焊接應(yīng)力和焊接金屬填充量，如圖 110. 22 圖 110 破口形式和定位 間斷焊接 另一種減少焊縫填充量的途徑是較多地采用間斷焊接 (見圖 111)。為了便于實驗結(jié)果與預(yù)測結(jié)果對比驗證，此處 T形接頭焊接試件材料也選 Q345低合金鋼。但電弧電壓太高，對接焊時會形成“蘑菇形”焊縫，容易在焊縫內(nèi)產(chǎn)生裂紋；角焊時會造成咬邊和凹陷焊縫。對于根部不要求完全焊透的不開坡口的角接、搭接、及 T 形接頭的焊縫可參照表 25選取。 平板 bb39。在近幾年的發(fā)展中，隨著有限元軟件的開發(fā)及其良好的使用效果，有限元法已占據(jù)了主導(dǎo)地位。 熱彈塑性有限元法是焊接數(shù)值模擬最重要、最一般的方法，它跟蹤整個焊接熱循環(huán)過程，可以同時考慮許多重要因素的影響，除了用來預(yù)測焊接殘余應(yīng)力和變形，也可用以分析裂紋、疲勞、斷裂等現(xiàn)象。這樣既大大縮短運算時間和成本，又保持了足夠的精度，在實際焊接工程中具有很大的經(jīng)濟效益和應(yīng)用前景。研究表明，焊縫直接從高溫冷卻下來時，焊后在焊縫處雖然沒有壓縮塑性應(yīng)變，但存在著殘余熱收縮應(yīng)變，該應(yīng)變與經(jīng)歷了 加熱和冷卻全過程焊縫處存在的殘余塑性應(yīng)變是等價的。不過固有應(yīng)變的概念更廣些而已。首先，實際構(gòu)件中遠(yuǎn)離焊縫的彈性體在焊接變形協(xié)調(diào)中所 起的作用不容忽視也無法用簡單方法替代，甚至相同結(jié)構(gòu)在不同焊接順序下也會產(chǎn)生明顯的不同。若假定焊縫是填充金屬直接從高溫冷卻下來，則完全冷卻后焊縫處存在殘余熱收縮應(yīng)變。然而大多數(shù)的情況是焊縫處原來有坡口和間隙，焊接時被熔化的金屬所填充。然而，這些方法要深入了解熱力學(xué)的全部過程，在將這些本構(gòu)方程應(yīng)用于實際大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，就會有非常大的困難。焊接數(shù)值模擬的現(xiàn)實意義在于根據(jù)對焊接現(xiàn)象和過程的數(shù)值模擬，可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計，從而減少試驗工作量，提高焊接質(zhì)量。后來的研究者們基于該理論，提出了以殘余塑變來計算焊接變形的解析法。這些方縱向△ L的測量數(shù)據(jù) 單位（ mm） 位置 原始長度 一層焊后 二層焊后 三層焊后 ΔL 平板 AA39。 4 焊條直徑 焊條直徑的選擇取決于工件的厚度及結(jié)構(gòu)的尺寸、接頭形式、焊縫的空間位置以及焊道層次等因素。 提高電弧電壓時弧長增加，電弧斑點的移動范圍增大，熔寬增加。這種處理一方面消除和減少了焊接引起的角變形；另一方面由于敲擊對該區(qū)域有一定的延伸作用，減少內(nèi)應(yīng)力。收縮無法消除，但可以控制。常用的焊縫形式有堆焊、角焊、對接焊。焊件在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的扭曲變形。但當(dāng)線能量達到某一值時，角變形不再上升，如果進一步提高線能量，反而會出現(xiàn)角變形減小的現(xiàn)象。而壓縮塑性變形與焊接參數(shù)、焊接方法、焊接順序以及材料的熱物理參 量有關(guān)。 焊接變形的分類及其之間的關(guān)聯(lián) 焊接變形一般按照變形的特點分為以下 7 類： 1） 橫向收縮 由于移動熱源 (焊接電弧 )的加熱和隨后的冷卻，使得溫度垂直于被焊構(gòu)件的長度和厚度方向不均勻分布，即在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生殘余的橫向收縮塑變和橫向應(yīng)力。這樣，在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生了縮短的不協(xié)調(diào)應(yīng)變。然而，隨之而來的焊接結(jié)構(gòu)殘余變形也一直困擾著焊接界， 此現(xiàn)象也成為人們密切關(guān)注的焦點。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。焊接變形的存在不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度和外觀 ,而且有可能降低其承載能力和機械性能， 更重要的是容易引起焊接結(jié)構(gòu)的失穩(wěn) 。焊縫及焊接熱影響區(qū)金屬在焊接時加熱到熔點或固態(tài)相 變溫度以上，冷卻過程中其金屬組織要發(fā)生變化。 2） 縱向收縮 在焊接時，由于沿焊縫方向不均勻的溫度分布，焊縫及其附近的金屬產(chǎn)生了縱向壓縮殘余塑性變形。主要是因為兩側(cè)焊縫收縮變形量的 同，或一邊產(chǎn)生收縮變形而另一邊保持不變而引起的，見圖 12。 CO2 氣體保護焊所產(chǎn)生的塑性變形區(qū)比氣焊和手工電弧焊小，斷續(xù)焊比連續(xù)焊小，接觸點焊比熔化焊小，小尺寸的焊縫比大尺寸的焊縫小。結(jié)構(gòu)在焊接過 程中，工件本身的拘束度是不斷變化著的，因此自身為變拘束結(jié)構(gòu)，同時還受到外加拘束的影響。當(dāng)熱量輸入大時，加熱的高 21 溫區(qū)范 圍就大，而焊接后冷卻速度卻比較慢，致使焊接頭的塑性變形區(qū)增大。 注意：采用粗焊絲、少焊道焊接或細(xì)焊絲、多焊道焊接工藝依據(jù)材質(zhì)而定，一般低鋼、 Q345等材質(zhì)適用粗焊絲、少焊道焊接，不銹鋼、高碳鋼等材質(zhì)適用細(xì)焊絲、多焊道焊接。這樣的焊縫不利于熔池中氣體及夾雜物的上浮和逸出，容易產(chǎn)生氣孔、夾渣及裂紋等缺陷，嚴(yán)重時還可能燒穿焊件。 焊接速度對熔寬、熔深有明顯影響，它是決定焊接生產(chǎn)率和焊縫內(nèi)在質(zhì)量的重要工藝參數(shù)。 2. 焊接材料的選用：焊條采用 J507。 橫向△ B的測量數(shù)據(jù) 單位 (mm) 位置 原始長度 一層焊后 二層焊后 三層焊后 ΔB 平板 aa39。后來， C． A 庫茨米諾夫就在此理論上作了進一步的發(fā)展，并形成了一個較完整的理論體系。在焊接溫度場二維分析中廣泛運用的是經(jīng)典的高斯熱源模型，這種模型以及后來在其基 礎(chǔ)上發(fā)展提出的雙橢圓高斯熱源模型都沒有考慮電弧對熔池的沖擊作用，對于高能束焊接存在較大誤差。它認(rèn)為焊接加熱過程中焊縫和近縫區(qū)的金屬熱膨脹應(yīng)變受到周圍較冷金屬的拘束，從而產(chǎn)生壓縮塑性應(yīng)變。因此焊接應(yīng)力是熱應(yīng)變，塑性應(yīng)變以及相變應(yīng)變綜合影響的結(jié)果。 圖 31 單位縱向變形 2) 橫向焊接變形的解析法計算 圖 32 表面堆焊時的橫向變形 圖 32 為平板表面堆焊時的橫向變形圖 .如果已知單位長度上橫向固有應(yīng)變 ey*的總和 (又稱橫向收縮單位體積 )Wy ,則有 Wy=∫ ey*dA （ 38） e=∫ zey*dA/∫ ey*dA (39) Δ b=Wy/h (310) 38 Ba=12Wye/h3 (311) 式中 , Δ b=平均橫向縮短 。e= Wy 的偏心矩 。為了統(tǒng)一分析，可 以采用上述“固有應(yīng)變”的概念。殘余塑變理論對了解焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原理和本質(zhì)有重要的貢獻。 34 雙橢球熱源適用于厚板焊接的三維數(shù)值分析。 解析法 只考慮了殘余塑性應(yīng)變，并假設(shè)所有區(qū)域 (包括固有應(yīng)變區(qū) )都保持彈性。 平板 cc39。記錄焊機上顯示的電流讀數(shù) ，并用秒表記錄焊接一定長度焊縫花費的時間。在其他參數(shù)不變的條件下，焊接速度增大時，電弧對母材和焊條的加熱減少，熔寬、余高明顯減?。慌c此同時，電 弧向后方推送金屬的作用加強，電弧直接加熱熔池底部的母材，使熔深有所增加。電流太大還使焊縫熱影響區(qū)增大并可能引起較大焊接變形。 剛性固定法 在實際制作中，對于剛性大的構(gòu)件焊后變形一般較少，對剛性小的構(gòu)件可在焊前加強構(gòu)件剛性，焊后變形也相應(yīng)減少。對于焊接材料的影響，當(dāng)材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，溫度梯度越大，則焊接熱輸入越大，因此引起的焊接變形越顯著。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時針對結(jié)構(gòu)板的厚度及筋板或加強板的位置、數(shù)量等進行優(yōu)化，對減小焊接變形有著十分重要的作 用。焊后兩焊接件在長度方向和厚度方向的錯位現(xiàn)象，稱為錯邊變形。焊后構(gòu)造的平面圍繞焊縫縫產(chǎn)生的角位移。構(gòu)建縱向收縮的變形的大小取決于塑性變形區(qū)的大小，構(gòu)建截面積，焊接線能量以及焊縫的長度。 （ 3）鋼結(jié)構(gòu)剛性不大時，焊縫在結(jié)構(gòu)中對稱布置，施焊程序合理時只產(chǎn)生線性縮短；當(dāng)焊縫布置不對稱時，還會產(chǎn)生彎曲變形；焊縫截面重心與接頭截面 15 重心在同一位置上時，只要施焊程序合理，只產(chǎn)生線性縮短；當(dāng)焊縫截面重心偏離接頭截面重心時，還會產(chǎn)生角變形。 因此對焊接變形的分析和對焊接變形量的估算具有重要意義。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價： 一、撰寫（設(shè)計）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □