焊接變形原因及預(yù)防措施

1、 焊接結(jié)構(gòu)的不足之處大多反映在焊接接頭上的問題，主要有以下幾方面： 1）焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻過(guò)程，焊接結(jié)構(gòu)必然存在焊接殘余應(yīng)力和變形，這不僅影響焊接結(jié)構(gòu)的外形尺寸和外觀質(zhì)量，同時(shí)給焊后的繼續(xù)加工帶來(lái)很多麻煩，甚至直接影響焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。 2）由于焊接接頭要經(jīng)歷冶煉、凝固和熱處理三個(gè)階段。 3）焊接會(huì)改變材料的部分性能。焊接應(yīng)力與變形 由于焊接局部高溫加熱而造成焊件上溫度分布不均勻，導(dǎo)致在焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應(yīng)力與變形。焊接應(yīng)力是引起脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂和失穩(wěn)破壞的主要原因，焊接變形使結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸精度難以達(dá)到技術(shù)要求，直接影響結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量和使用性能。 第一節(jié) 焊接

2、應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 第二節(jié) 焊接變形 第三節(jié) 焊接殘余應(yīng)力返回主目錄第一節(jié)焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生 一、焊接應(yīng)力與變形的基本知識(shí) 1. 變形 物體在外力或溫度等因素的作用下,其形狀和尺寸發(fā)生變化 2. 應(yīng)力 存在于物體內(nèi)部的、受外力作用或其他因素引起物體內(nèi)部之間相互作用力，叫做內(nèi)力。物體單位截面積上的內(nèi)力叫做應(yīng)力。返回本章首頁(yè) 3.焊接應(yīng)力與焊接變形 焊接應(yīng)力是焊接過(guò)程中及焊接過(guò)程結(jié)束后，存在于焊件中的內(nèi)應(yīng)力。由焊接而引起的焊件尺寸的改變稱為焊接變形。 二、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因 1. 焊件的不均勻受熱 （1）長(zhǎng)板條中心加熱（類似于堆焊）引起的應(yīng)力與變形 鋼板條中心加熱和冷卻時(shí)的應(yīng)力與變形 （2）

3、長(zhǎng)板條一側(cè)加熱（相當(dāng)于板邊堆焊）引起的應(yīng)力與變形 鋼板邊緣一側(cè)加熱和冷卻時(shí)的應(yīng)力與變形 2. 焊縫金屬的收縮 3. 金屬組織的變化 4. 焊件的剛性和拘束第二節(jié)焊接變形 一、焊接變形的種類及其影響因素 焊接變形分為5種基本變形形式：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形。 返回本章首頁(yè)焊接變形的基本形式 1. 收縮變形 焊件尺寸比焊前縮短的現(xiàn)象稱為收縮變形。 縱向和橫向收縮變形 （1）縱向收縮變形 （2）橫向收縮變形 2. 角變形 角變形產(chǎn)生的根本原因是由于焊縫的橫向收縮沿板厚分布不均勻所致。 幾種接頭的角變形 T形接頭的角變形 3. 彎曲變形 彎曲變形是由于焊縫的中心線與結(jié)構(gòu)截面的中

4、性軸不重合或不對(duì)稱、焊縫的收縮沿焊件寬度方向分布不均勻而引起的。 （1）縱向收縮引起的彎曲變形 焊縫的縱向收縮引起的彎曲變形 （2）橫向收縮引起的彎曲變形 焊縫的橫向收縮引起的彎曲變形 4. 波浪變形 波浪變形常發(fā)生于板厚小于6mm的薄板焊接過(guò)程中，又稱之為失穩(wěn)變形。 焊縫角變形引起的波浪變形 5. 扭曲變形 產(chǎn)生扭曲變形的原因主要是焊縫角變形沿焊縫長(zhǎng)度方向分布不均勻。 工字梁的扭曲變形 二、控制焊接變形的措施 1. 設(shè)計(jì)措施 （1） 選擇合理的焊縫形狀和尺寸 1）選擇最小的焊縫尺寸。 相同承載能力的十字接頭 2） 選擇合理的坡口形式。 T形接頭的坡口 （2）減少焊縫的數(shù)量 只要允許，多采用型

5、材、沖壓件；焊縫多且密集處，可以采用鑄焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)，就可以減少焊縫數(shù)量。此外，適當(dāng)增加壁板厚度，以減少肋板數(shù)量，或者采用壓型結(jié)構(gòu)代替肋板結(jié)構(gòu)，都對(duì)防止薄板結(jié)構(gòu)的變形有利。 （3）合理安排焊縫位置 梁、柱等焊接構(gòu)件、常因焊縫偏心配置而產(chǎn)生彎曲變形。 箱形結(jié)構(gòu)的焊縫安排 合理安排焊縫位置防止變形 2. 工藝措施 （1） 留余量法 （2） 反變形法 平板對(duì)接焊時(shí)的反變形法 （3）剛性固定法 1） 將焊件固定在剛性平臺(tái)上。 薄板拼接時(shí)的剛性固定 2）將焊件組合成剛性更大或?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)。 T形梁的剛性固定和反變形 3）利用焊接夾具增加結(jié)構(gòu)的剛性和拘束。 對(duì)接拼板時(shí)的剛性固定 4）利用臨時(shí)支撐增加結(jié)構(gòu)的拘束。

6、 防護(hù)罩焊接時(shí)的臨時(shí)支撐（4）選擇合理的裝配焊接順序。裝配焊接順序?qū)附咏Y(jié)構(gòu)變形的影響很大。 1）大型而復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)，只要條件允許，把它分成若干個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的部件，單獨(dú)進(jìn)行焊接，然后再總裝成整體。 2）正在施焊的焊縫應(yīng)晝靠近結(jié)構(gòu)截面的中性軸。 主梁裝配焊接3）對(duì)于焊縫非對(duì)稱布置的結(jié)構(gòu)，裝配焊接時(shí)應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)。 壓力機(jī)壓型上模的焊接順序4）焊縫對(duì)稱布置的結(jié)構(gòu)，應(yīng)由偶數(shù)焊工對(duì)稱地施焊。圓筒體對(duì)接焊縫焊接順序 5）長(zhǎng)焊縫（1m以上）焊接時(shí)，可采用下圖所示的方向和順序進(jìn)行焊接，以減小其焊后的收縮變形。（5）合理地選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù) 非對(duì)稱截面結(jié)構(gòu)的焊接 （6）熱平衡法 采用熱平衡法防止焊

7、接變形（7）散熱法 散熱法示意圖 三、矯正焊接變形的方法 1. 手工矯正法 2. 機(jī)械矯正法 機(jī)械矯正法矯正梁的彎曲變形 3. 火焰加熱矯正法 火焰加熱的方式有點(diǎn)狀加熱、線狀加熱和三角形加熱。（1）點(diǎn)狀加熱 （2）線狀加熱 （3）三角形加熱工字梁彎曲變形的火焰矯正火焰加熱矯正焊接變形的取決于下列三個(gè)因素： （1）加熱方式 （2）加熱位置（3）加熱溫度和加熱區(qū)的面積第三節(jié)焊接殘余應(yīng)力一、焊接殘余應(yīng)力的分類 1. 按產(chǎn)生應(yīng)力的原因分 （1）熱應(yīng)力 （2）相應(yīng)應(yīng)力 （3）塑變應(yīng)力 2. 按應(yīng)力存在的時(shí)間分 （1）焊接瞬時(shí)應(yīng)力 （2）焊接殘余應(yīng)力返回本章首頁(yè) 二、焊接殘余應(yīng)力的分布 1. 縱向殘余應(yīng)力

8、 的分布 對(duì)接接頭 在焊 縫橫截面上的分布 xx2. 橫向殘余應(yīng)力 的分布 （1）焊接及其附近塑性變形區(qū)的縱向收縮引起的橫向應(yīng)力yy （2） 橫向收縮年引起的機(jī)工向應(yīng)力 不同方向焊接時(shí) 的分布yy 三、焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響 1. 對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響 2. 對(duì)焊件加工尺寸精度的影響機(jī)械加工引起內(nèi)應(yīng)力釋放和變形 3. 對(duì)受壓桿件穩(wěn)定性的影響 四、控制焊接殘余應(yīng)力的措施 1. 設(shè)計(jì)措施 1）盡量減少結(jié)構(gòu)上焊縫的數(shù)量和焊縫尺寸。2）避免焊縫過(guò)分集中，焊縫間應(yīng)保持足夠 的距離。容器接管焊接3）采用剛性較小的接頭形式。減小接頭的剛性措施 2. 工藝措施 1） 采用合理的裝配焊接順序和方向。 在一個(gè)平面上的焊縫，焊接時(shí)，應(yīng)保證焊縫的縱向和橫向收縮均能比較自由。拼接焊縫合理的裝配焊接順序 收縮量最大的焊縫應(yīng)先焊。帶蓋板的雙工字梁結(jié)構(gòu)焊接順序 工作時(shí)受力最大的焊縫應(yīng)先焊。 對(duì)接工字梁的焊接順序 平面交叉焊縫焊接時(shí)，在焊縫的交叉點(diǎn)易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。 平面交叉焊縫的焊接順序 對(duì)接焊縫與角焊縫交叉的結(jié)構(gòu)。2）預(yù)熱法。3）冷焊法。4）降低焊縫的拘束度。降低局部剛度減少內(nèi)應(yīng)力 5）加熱“減應(yīng)區(qū)”法。加熱“減應(yīng)區(qū)”法示意圖 五、消除或減小焊接殘余應(yīng)力的方法 1. 熱處理法