焊接变形的控制方法机械制造制造加工工艺机械制造制造加工工艺.pdf

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1、焊接变形的控制方法 焊接变形的控制方法 1焊接应力与变形 焊接是一种局部加热的工艺过程。焊接过程中以及焊后，构件不町避免地会产生焊接应力和变形。焊接 应力和变形在一定条件卜还彤响焊接结构 的性能，如强度、刚度、尺寸精度和稳定性、受压时的 稳定性和抗 腐蚀性等。不仅如此，过大的焊接应力与 变形，还会大大增加制造工艺中的困难和经济消耗，而且往往因焊 接裂纹或变形过大无法矫正而导致产品的报废。2焊接应力与变形的形成过程 焊接应力与变形是Itl焊接产生的不均匀温度场而引起的。假设有一块平板条（如图所示），在他中心堆迓一条焊缝。图1假定是焊接加热时的情况。图2为焊接以后,温度恢复到室温时的惜况。与此同时

2、，山于不均匀加热还会产生垂直焊缝方向（横向）的盈利 和变形，厚度则还产生板厚度方向的应力。3形响焊接应力与变形的上要因索 影响焊接应力与变形的因索上要有两个方而，第一个方面是焊缝及其附近不均匀加热的范用和程度，也就是产生热变形的范掏和程度；第二个方面是 焊件本身的刚度以及受到周围拘束的程度；实际上也就是就是阻止焊缝及其附近加热所产生热变形的 程度。两个方面作用的结果决定了焊缝附近压缩塑性变形区的大小和分布，也决定了残余应力与残余 变形的大小。焊缝尺寸和焊缝数虽及为止，材料的热物理性能（导热系数、比热、膨胀系数等），焊接工艺方法（气焊、手工焊、埋弧焊、气体保护焊等），焊接参数（焊接电流、电弧电压

3、、焊接速度等）以 及施焊方法（直通焊、跳焊、逆向分段汉等）等因索影响到焊缝及其附近区不均加热的范圉和程 度，彫响到热变形的大小和分布;焊接构件的尺寸和形状,胎夹具的应用，焊缝的布且以及装配焊接顺序 等因索影响到焊接构件的刚度和周圉的约束程度。一般來说，焊接构件在约束小的条件下，焊接变形 达而应力小;反之，则焊接变形小而应力大。4焊接残余变形的预防和娇正 设计措施 尽可能减少焊缝的数虽 在设计焊接结构时尽可能减少焊缝的数虽，避免不必要的焊缝。尽可能用型钢、冲压件來代替焊接 件。例如，采用压型结构代替筋板结构可以有效防止薄板的变形。对F口身要求不高的结构间可以适肖增加平 板的厚度，这样町以减少筋板

4、数虽，从而可以减少焊接和变形的矫正虽。件不町避免地会产生焊接应力和变形焊接应力和变形在一定条件卜还彤响焊接结构的性能如强度刚度尺寸精度和稳定性受压时的稳定性和抗腐蚀性等不仅如此过大的焊接应力与变形还会大大增加制造工艺中的困难和经济消耗而且往均匀温度场而引起的假设有一块平板条如图所示在他中心堆迓一条焊缝图假定是焊接加热时的情况图为焊接以后温度恢复到室温时的惜况与此同时山于不均匀加热还会产生垂焊缝方向横向的盈利和变形厚度则还产生板厚度方向的应加热的范用和程度也就是产生热变形的范掏和程度第二个方面是焊件本身的刚度以及受到周围拘束的程度实际上也就是就是阻止焊缝及其附近加热所产生热变形的程度两个方面作用

5、的结果决定了焊缝附近压缩塑性变形区的大小和分选择合理的焊缝尺寸和形状 1）对丁板厚较大的对接街头偏重取X型坡口代替V型坡口，因为对一定厚度的板，X型坡口的熔敷 金屈虽大约比V型坡口少1/2.对丁更大板厚的对接接头町采用U型、双U型甚至窄间隙深坡口焊缝，以 减少焊接变形。2）在保证结构有足够承载能力的前提卜,应采用尽可能小的焊缝尺寸。对丁不需要进行强度计 算的T型焊接接头，选取最小的工艺上合理的焊缝焊脚尺寸。任同样最小的焊脚尺寸时，用断续焊缝 比用连续焊缝更能减少变形。卜表为不同厚度低碳钢板的最小焊缝焊脚尺寸参考表。低碳钢板的鼓小焊缝焊脚尺寸参考表 板以mrrj=6 7T8 1930 3150

6、51TOO 最小焊脚mm）3 4 6 8 10 3）对丁受力较大的T型接头或十字接头，在保证相同的强度条件卜，采用开坡口角焊缝比一般 角焊缝可以大大减少焊缝金屈，减少焊接变形。4）半按计算确定T型接头角焊缝时，应当采用连续焊缝，不要采用丁连续焊缝等强度的断续焊 缝。并应采用双面连续焊缝代替等强度的单而连续焊缝，以减少角焊缝的焊脚尺寸。5）设计的结构尽可能使大多数焊缝可采用I动焊,此时焊接变形比手工焊小。在薄板结构中采用二氧 化碳保护焊代替手工焊或气焊，用接触电焊代替熔化焊缝叮减少变形,建生焊后校正工作。合理选择结构形式和安排焊缝位迓 1）安排焊缝尽可能对称于截面中心轴，或者使焊缝靠近中心轴，以

7、减少结构总的弯 曲变形。焊缝集中于中心轴一侧，弯曲变形大，所以尽量安排对称。图3位两片半 圆瓦对接成圆筒,焊缝对称布置，弯曲变形小。而图4为钢板弯曲后进行对接，焊 缝在截面上侧圆筒直径较小时，焊后引起较大的变形。2）山丁横向收缩通常比纵向收缩显着，因此应尽可能将焊缝布鱼在平行于要求焊接变形较小的方向。3）当釆用分部件装配和焊接时，设计时应预先考虑结构分部件的町能性，并应使部件总装成结构时的焊接工作 最小，减少总装时的焊接变形。4）在设计薄板结构时，要考虔不应山丁焊接骨架而失稳。为了提高薄板结构的稳定性和降低波浪变形，应当选择 合理的平板厚度，减少骨架间距并降低骨架焊缝的焊脚。5）设计结构时应考

8、虑到采用简单装配焊接胎夹具的可能。尽虽避免设计曲线型结构。采用平面结构町使固定状 态卜的焊接装备比较简单，对控制变形比校有利。工艺措施 反变形 焊接前将结构或部件装配成具有焊接变形相反方向的预先变形。反变形的程度应该能抵消焊后形成的变 形。图5为反变件不町避免地会产生焊接应力和变形焊接应力和变形在一定条件卜还彤响焊接结构的性能如强度刚度尺寸精度和稳定性受压时的稳定性和抗腐蚀性等不仅如此过大的焊接应力与变形还会大大增加制造工艺中的困难和经济消耗而且往均匀温度场而引起的假设有一块平板条如图所示在他中心堆迓一条焊缝图假定是焊接加热时的情况图为焊接以后温度恢复到室温时的惜况与此同时山于不均匀加热还会产

9、生垂焊缝方向横向的盈利和变形厚度则还产生板厚度方向的应加热的范用和程度也就是产生热变形的范掏和程度第二个方面是焊件本身的刚度以及受到周围拘束的程度实际上也就是就是阻止焊缝及其附近加热所产生热变形的程度两个方面作用的结果决定了焊缝附近压缩塑性变形区的大小和分形情况卜的应用:刚性固定法 对丁刚性小的结构，可以通过采用胎夹具或其他临时支承方法，增加结构在焊接时的刚性，达到减小焊接变形 的口的。但构件本身刚性越大，则刚性固定法效果越弱。所以对控制大钢度构件的弯曲变形效果较煙。而对角变形和 波浪变形较有效。选用合理的焊接方法的规范 1）选用能虽密度高的焊接方法，如采用二氧化碳气体保护焊、等离子弧焊和手工

10、点弧焊进行薄板焊接，町以减少 变形虽。2）采用较小的焊接线能虽可以减少焊接变形虽。但在实际生产中要考虑生产率，焊接线能虽不宜过低。3）焊接不对称得构件，通过选用不同的焊接参数，叮以控制和调节弯曲变形。如图6所示的截面不对 称得梁，焊缝1和2到中心轴的距离e比焊缝3和4到中心轴的距离f大焊后引起的变形也大。如果焊缝1和2 采用比焊缝3和4小的规范参数分层焊接，可以是上卜弯曲变形抵消。图6 选择合理的装配焊接顺序 1）构件在装配过程中，侧面中心位且不断发生变化，因而焊接变形也变化。利用这一特点通过把结构适当的 分成部件，分别装配焊装，使不对称得焊缝和收缩虽较大的焊缝在焊接过程中能比较门由的收缩而不

11、彫响整体结构,然后拼焊成整体。这样有利于控制变形，矫正也比絞容易。2）分布在侧面中心线两侧的焊缝，一般來说，先焊的一侧焊缝产生的弯曲变形比后焊的一侧焊缝产 生的弯曲变形要大。因此焊接顺序总的规律是先焊焊缝少的一侧。对丁截面形状对称的结构，尽可能采 用对称焊接方法。防止薄板焊接变形的预拉伸法 在薄板焊接骨架时，采用机械的预拉伸，加热的预拉伸，或者两者同时使用，使薄板预先得到拉伸或 伸长,然后在张紧薄板上装配焊接骨架，町以有效防止波浪变形。焊接变形的矫正 机械矫正法 采用压力机、矫正机或手工捶击等机械方法产生新的塑性变形，以使原开缩短的部分得以延伸，达 到矫正变形的口的。其中多規平板机适用丁薄板拼

12、焊件的矫正。利用窄轮碾压焊绻及其两侧使之延伸來 消除变形，用丁焊缝比絞规范的薄壳结构。机械矫正法对塑性差的高强钢应慎用。火焰矫正法 利用火焰加热时产生的局部圧缩塑性变形八使较长的金屈在冷却后缩短*消除变形。木法简单，机 动灵活，适用面广。任使用时应控制温度和加热位直。对低碳钢和普通低台金钢常采用600800 C的加 热温度。山丁需再次加热，对合金钢等慎用。件不町避免地会产生焊接应力和变形焊接应力和变形在一定条件卜还彤响焊接结构的性能如强度刚度尺寸精度和稳定性受压时的稳定性和抗腐蚀性等不仅如此过大的焊接应力与变形还会大大增加制造工艺中的困难和经济消耗而且往均匀温度场而引起的假设有一块平板条如图所示在他中心堆迓一条焊缝图假定是焊接加热时的情况图为焊接以后温度恢复到室温时的惜况与此同时山于不均匀加热还会产生垂焊缝方向横向的盈利和变形厚度则还产生板厚度方向的应加热的范用和程度也就是产生热变形的范掏和程度第二个方面是焊件本身的刚度以及受到周围拘束的程度实际上也就是就是阻止焊缝及其附近加热所产生热变形的程度两个方面作用的结果决定了焊缝附近压缩塑性变形区的大小和分