焊接變形的控制 方法

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1、焊接變形的控制方法1焊接應(yīng)力與變形焊接是一種局部加熱的工藝過程。焊接過程中以及焊后,構(gòu)件不可避免地會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。焊接應(yīng)力和變形在一定條件下還影響焊接結(jié)構(gòu)的性能,如強(qiáng)度、剛度、尺寸精度和穩(wěn)定性、受壓時(shí)的穩(wěn)定性和抗腐蝕性等。不僅如此,過大的焊接應(yīng)力與變形,還會(huì)大大增加制造工藝中的困難和經(jīng)濟(jì)消耗,而且往往因焊接裂紋或變形過大無法矯正而導(dǎo)致產(chǎn)品的報(bào)廢。2焊接應(yīng)力與變形的形成過程焊接應(yīng)力與變形是由焊接產(chǎn)生的不均勻溫度場(chǎng)而引起的。假設(shè)有一塊平板條(如圖所示),在他中心堆置一條焊縫。圖1假定是焊接加熱時(shí)的情況。圖2為焊接以后,溫度

2、恢復(fù)到室溫時(shí)的情況。與此同時(shí),由于不均勻加熱還會(huì)產(chǎn)生垂直焊縫方向(橫向)的盈利和變形,厚度則還產(chǎn)生板厚度方向的應(yīng)力。3影響焊接應(yīng)力與變形的主要因素影響焊接應(yīng)力與變形的因素主要有兩個(gè)方面,圖1圖2第一個(gè)方面是焊縫及其附近不均勻加熱的范圍和程度,也就是產(chǎn)生熱變形的范圍和程度;第二個(gè)方面是焊件本身的剛度以及受到周圍拘束的程度;實(shí)際上也就是就是阻止焊縫及其附近加熱所產(chǎn)生熱變形的程度。兩個(gè)方面作用的結(jié)果決定了焊縫附近壓縮塑性變形區(qū)的大小和分布,也決定了殘余應(yīng)力與殘余變形的大小。焊縫尺寸和焊縫數(shù)量及為止,材料的熱物理性能(導(dǎo)熱系數(shù)、比熱

3、、膨脹系數(shù)等),焊接工藝方法(氣焊、手工焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊等),焊接參數(shù)(焊接電流、電弧電壓、焊接速度等)以及施焊方法(直通焊、跳焊、逆向分段漢等)等因素影響到焊縫及其附近區(qū)不均加熱的范圍和程度,影響到熱變形的大小和分布;焊接構(gòu)件的尺寸和形狀,胎夾具的應(yīng)用,焊縫的布置以及裝配焊接順序等因素影響到焊接構(gòu)件的剛度和周圍的約束程度。一般來說,焊接構(gòu)件在約束小的條件下,焊接變形達(dá)而應(yīng)力小;反之,則焊接變形小而應(yīng)力大。4焊接殘余變形的預(yù)防和矯正4.1設(shè)計(jì)措施4.1.1盡可能減少焊縫的數(shù)量在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)盡可能減少焊縫的數(shù)量,避免不

4、必要的焊縫。盡可能用型鋼、沖壓件來代替焊接件。例如,采用壓型結(jié)構(gòu)代替筋板結(jié)構(gòu)可以有效防止薄板的變形。對(duì)于自身要求不高的結(jié)構(gòu)間可以適當(dāng)增加平板的厚度,這樣可以減少筋板數(shù)量,從而可以減少焊接和變形的矯正量。4.1.2選擇合理的焊縫尺寸和形狀1)對(duì)于板厚較大的對(duì)接街頭偏重取X型坡口代替V型坡口,因?yàn)閷?duì)一定厚度的板,X型坡口的熔敷金屬量大約比V型坡口少1/2。對(duì)于更大板厚的對(duì)接接頭可采用U型、雙U型甚至窄間隙深坡口焊縫,以減少焊接變形。2)在保證結(jié)構(gòu)有足夠承載能力的前提下,應(yīng)采用盡可能小的焊縫尺寸。對(duì)于不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的T型焊接接

5、頭,選取最小的工藝上合理的焊縫焊腳尺寸。在同樣最小的焊腳尺寸時(shí),用斷續(xù)焊縫比用連續(xù)焊縫更能減少變形。下表為不同厚度低碳鋼板的最小焊縫焊腳尺寸參考表。低碳鋼板的最小焊縫焊腳尺寸參考表板厚(mm)=<67~1819~3031~5051~100最小焊腳(mm)3468103)對(duì)于受力較大的T型接頭或十字接頭,在保證相同的強(qiáng)度條件下,采用開坡口角焊縫比一般角焊縫可以大大減少焊縫金屬,減少焊接變形。4)當(dāng)按計(jì)算確定T型接頭角焊縫時(shí),應(yīng)當(dāng)采用連續(xù)焊縫,不要采用于連續(xù)焊縫等強(qiáng)度的斷續(xù)焊縫。并應(yīng)采用雙面連續(xù)焊縫代替等強(qiáng)度的單面連續(xù)焊縫,以減

6、少角焊縫的焊腳尺寸。5)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)盡可能使大多數(shù)焊縫可采用自動(dòng)焊,此時(shí)焊接變形比手工焊小。在薄板結(jié)構(gòu)中采用二氧化碳保護(hù)焊代替手工焊或氣焊,用接觸電焊代替熔化焊縫可減少變形,建生焊后校正工作。4.1.3合理選擇結(jié)構(gòu)形式和安排焊縫位置1)安排焊縫盡可能對(duì)稱于截面中心軸,或者使焊縫靠近中心軸,以減少結(jié)構(gòu)總的彎曲變形。焊縫集中于中心軸一側(cè),彎曲變形大,所以盡量安排對(duì)稱。圖3位兩片半圓瓦對(duì)接成圓筒,焊縫對(duì)稱布置,彎曲變形小。而圖4為鋼板彎曲后進(jìn)行對(duì)接,焊縫在截面上側(cè)圓筒直徑較小時(shí),焊后引起較大的變形。圖3圖42)由于橫向收縮通常比縱向

7、收縮顯著,因此應(yīng)盡可能將焊縫布置在平行于要求焊接變形較小的方向。3)當(dāng)采用分部件裝配和焊接時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)先考慮結(jié)構(gòu)分部件的可能性,并應(yīng)使部件總裝成結(jié)構(gòu)時(shí)的焊接工作最小,減少總裝時(shí)的焊接變形。4)在設(shè)計(jì)薄板結(jié)構(gòu)時(shí),要考慮不應(yīng)由于焊接骨架而失穩(wěn)。為了提高薄板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和降低波浪變形,應(yīng)當(dāng)選擇合理的平板厚度,減少骨架間距并降低骨架焊縫的焊腳。5)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮到采用簡單裝配焊接胎夾具的可能。盡量避免設(shè)計(jì)曲線型結(jié)構(gòu)。采用平面結(jié)構(gòu)可使固定狀態(tài)下的焊接裝備比較簡單,對(duì)控制變形比較有利。4.2工藝措施4.2.1反變形焊接前將結(jié)構(gòu)或部件

8、裝配成具有焊接變形相反方向的預(yù)先變形。反變形的程度應(yīng)該能抵消焊后形成的變形。圖5為反變形情況下的應(yīng)用:圖54.2.2剛性固定法對(duì)于剛性小的結(jié)構(gòu),可以通過采用胎夾具或其他臨時(shí)支承方法,增加結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)的剛性,達(dá)到減小焊接變形的目的。但構(gòu)件本身剛性越大,則剛性固定法效果越弱。所以對(duì)控制大鋼度構(gòu)