4焊接结构的变形与断裂

1 4.焊接结构的变形与断裂 锅炉、压力容器等结构，在焊接过程中一般都要产生焊接变形。若变形超过允许值，必须进行矫正，但这要耗费工时；若变形严重或无法矫正，则必须报废。结构在焊接过程中还产生焊接应力，这是一种内应力，除引起构件变形外，还会使结构产生焊接裂纹，甚至导致断裂。断裂是不允许的，特别是锅炉、压力容器之类焊接结构，在使用中发生断裂往往伴有爆炸燃烧等，危害极大。因此，对于焊接结构的变形和断裂必须正视和研究。 4． 1 焊接结构的变形 焊接是个局部加热和冷却过程。焊接接头要经过由常温→高温→常温的热循环过程。随着温度的升降，焊接接头局部会发生膨胀和收缩，而由于温度的不均，不同部位的膨胀和收缩量也不同，必然会相 互制约而产生焊接内应力，从而引起焊接变形。冷至室温后保留下来的变形称为焊接残余变形。而一般所说的焊接变形，实际就是残余变形。 4． 1． 1 过程设备常见焊接变形与规律 表 4 -1 低碳钢对接焊缝的近似横向收缩变形量 就焊接区域的局部来说，焊接变形只有沿焊缝长度方向的纵向收缩和沿垂直焊缝方向 2 的横向收缩两种形式。其收缩量的大小受材料种类、板厚大小、坡口与接头型式和焊接方法等多种因素影响，不易定量计算。对于低碳钢的焊缝收缩变形量，现提供一些试验近似值：对接焊缝纵向收缩量0.15~0.30mm/m；连续角焊缝为 0.20~0.4mm/m；对接焊缝的横向收缩量如表 4-1 所示。 接局部区的收缩会引起构件的局部变形或整体变形，而这种大的宏观焊接变形的规律和形态较为复杂。以下是过程设备中常见的焊接变形。 ①纵向收缩引起的构件纵向弯曲变形。 这种变形多发生于细长件的焊接，是由非对称的沿轴向长度方向焊缝的纵向收缩引起，其弯曲凹面位于焊缝一侧。典型的如小直径薄壁卷焊圆筒，有时会出现图 4-1 所示的纵向弯曲变形。 图 4-1 焊缝纵向收缩引起的纵向弯曲变形 4-2 人孔焊接引起细长塔壳的纵向弯曲变形。 ②横纵向收缩引起的构件纵向弯曲变形 在细长构件上，若沿长度方向一侧的焊缝较多，由于这些焊缝的横向和纵向收缩是沿构件长度方向的，则众多焊缝的收缩综合作用，往往使整个构件产生明显的纵向弯曲变形。而且一般情况下，焊缝横向收缩引起的弯曲变形率约为同样长度的焊缝纵向收缩所引起的弯曲变形率的1~3 倍。可见焊缝的横向收缩危害更大。图 4-2 是上世纪 60 年代初我国某厂制造的一台分馏塔壳体的纵向弯曲变形。其壳体一侧人孔较多，当时由...