厚板多层多道焊角变形分析方法.pdf

第25卷第1期
焊接学报
Vo 25
2 004 4 2 TRANSACTIONS OT TIT CTIINA WTI DING INSTITUTION 1cbruary2004
厚板多层多道焊角变形分析方法
杨广臣,薛忠明,张彦华
(北京航深航天人学机械学院,北京100083)
摘要:角变形直是厚板多层多道焊过程中的突出问题,然而有关这方面的研究报
道并不多见。作者对多层多道焊角变形的预测方法进行了分析、对山有的有关多层多
道焊角变形经验公式进行了总结。在此基础上提出了一种多层多道焊角变形的分析
方淞。应用基木的力学公式结合焊接变形ア产牛的原因,分析并推导出计算多层多道焊
角变形的公式。最后.対厚板低碳钢单画形坡口多道焊以及厚板高强铝合金双向v
形坡?多道焊的角变形进行了实例分析。
关键词:焊接;厚板:多层多道焊:角变形
中图分类号:TG404文献标识码:A文章编号:0253-360X(2004)01-115-04
杨广臣
低碳钢单面v形坡门多道焊以炇厚板高强铝合金
双面v形坡门多道焊的角变形进行了实例分析。
厚板焊接结构广泛应用」建筑、造船、锅炉压力
容器等业部门。对丁厚板的焊接方法人们一般采1多层焊角变形的特点
用电渣焊、多层多道焊(于工电弧煤、埋孤焊、窄间隙
軍弧焊、11G焊.MiG舜等,以电子東焊。山于设
厚板上进行多层多道焊接将在构件上引起多次
备等方面的原因、大多放1j均※用多层多道焊。的角变形,多次角变形的累加为最后的总变形量,所
焊接变形的和类虽然很多,但各种焊接变形产以如果能对每道焊鏠产生的角变形量进行正确的预
生的根本原因是基本一样的,即焊接时的不均匀受测则可以通过制定个理的工艺来有效地控制角变
热和局部戦性变形是焊接结构产生残余应力利焊接形量。
变形的根本原因。同时,焊接时的各种机械力也可
各种文献中提及的焊接变形经公式很多,但
能使结构发生物理位移而导致工件变形。准确由丁多层多道焊角変形的复杂性,所以这方面的
地进行焊接变形的预测,同时利用设计和工艺措施道却不多见
米控制或减少焊接变形足人们所期望的。
文献「3中给出施焊第条焊道引起的角变形
焊接变形的负测方法很多,归纳起来有经验法、按式(1)确定,即
解析法以及近午米报道较多的数值法。计算机技术
B,=12
的发展为有限差分法、有限元分析方法等数值分析
方法所需进行的人量计算创造了条件。可以预见数
中:ま为材料影响系数;g为线能量;△B;为施焊
值方法在将米的焊接变形顶测中必将发挥越米越重第条焊道引起的在工作截面高度之半的横向收
要的作用21。另ー方面,对于面向工程的倾测方法
缩;为施焊第i条焊道引起的相对转角(弧度);
经验法)、出す其具有模型简单、计算速度快、针对为施焊第条焊道斤,焊接接头工作截面的高度;
性强、较准确并且容易被工程技术人员掌握等优点
为第;条焊道广生的横向塑性变形体积的重心
作截面之半的距离。
也必将得到很好的发展。
角变形的分析与预测一直是厚板多层多道焊需
总变形量等于每道焊缝产生的角变形之和,但
要解决的突山问题,然而有关这方面的公式却不多要考虑正反面角变形的相互抵消。
见。作者对多层多道焊角变形进行了深入分析,推
文献4」中给出的方法是首先研究无拘束角收
导出多层多道焊角变形的计算公式。最后,对厚板
缩△,(正而)和△属(反面),然后对每道焊绝产生的
角变形山△B乘以校正因子m给出,焊层数i(正
收稿日期:2003-04
面)和(反面)的校正因子m,和m,出图1给出,最
基金项目:国家自然科学基金资勘项目(59875003
斤总的变形量由式(2)给出,即
B
17;o
(2
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焊接学报
第25卷
0.6
H
P
02468101214161820
焊层数;或广
(b)
图校正因子m或m与焊层i或j的关系
图2假想弯矩Mo产生示意图
Pig. I Interrelation bet ween correction factor(m; m)
Fig 2 Sketch of generation of supposed
bcn dling moin Mo
and welding layer numbcr(i, j)
述两种方法対多层多道焊接的角变形述行了I何に件劇度与に件厚度成正比,件厚度与焊接层
数直接相关。所以对刚度影响系数kh1总结如下
较为细致的分析总结,如文献「31提出的公式能够对
除第一层焊缝以外的每一层焊缝进行定量的计算,
当前焊道填满当前层时
但△B,的计算有难度;文献4」中的方法明确给出了
k1
(h≥2);
多层焊山每层焊缝引起的角受形的变化趋势。以上当前焊道未填满当前层时
两种方法对同一层中每道焊缝的区别均没有论述
另外校止因子的数偵缺乏理论依据和经验数值的支
ん1=-
(h≥3)
式中:为当前焊道的焊层数,关系项〉2中
2多层多道焊角变形分析方法
根据不同材料取值不同。
P为第;道焊鏠在构件中引起的假想力,在此
如图2所示,构件AB在弯矩M。作用ド,挠曲假想力的作用下,构件内产牛弯矩Mo、即
变形的力学公式为=ら。=4H、参见文献151。式中:为当前那道所在被面对工件施加的假根
対于多层焊(图2中为两层焊缝的第二层),每?层カ;に为当前焊道中心与已完成爆缝截面中心的距
焊缝引起的角变形也可埋解为焊接残余应力作构件离,如图3所示。
内部形成弯矩,导致构件发生角变形。每层焊缝形
成弯矩的过程如图2所小,可以假设在焊接塑性变
形区的两端作用假想力p,则
式中:1为接头戦性区宽度,即假想力p作用点间
图3焊缝中心偏心距示意图
距,与材料的屈服强度有关;△B,为假想当前焊道所
sketch of ccccutricity zi of wld ccnter
在截面可以白由收缩时的横收缩量;s、为材料屈
服应变;k1为刚度影啊系数,与焊接层数以及每道
假想力的大小与材料的屈服极限有关,可山下
焊缝是否填满当前焊层有关
式确定,即
在热输入相同的情况下,塑性变形区宽度与
P
件?度有关。当工件劇度增加时,焊接时焊缝以及式中:6为当前焊道厚度;1.为焊缝长度;瓜为材
热影响区热膨胀受到的拘束增人,热塑性变形量嶒料屈服极限。
大,塑性变形区的宽度也随之按一定关系増大。
所以根据力学公式,每道焊鋋引起的角变形量
可山下式确定,即
Mo?l,,h16,z△
6=2l1=k
4 k
(i2);(3)
式中:EI为抗弯劇度;k为焊篷形状系数。
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