試述焊接殘余變形的種類

1、 3/31試述焊接殘余變形的種類 1 試述焊接殘余變形的種類。 焊接過程中焊件產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。焊后，焊件殘留的變形稱為焊接殘余變形。焊接殘余變形有縱向收縮變形、橫向收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形和波浪變形等共六種，見圖1，其中焊縫的縱向收縮變形和橫向收縮變形是基本的變形形式，在不同的焊件上，由于焊縫的數(shù)量和位置分布不同，這兩種變形又可表現(xiàn)為其它幾種不同形式的變形。 2 焊件在什么情況下會(huì)產(chǎn)生縱向收縮變形？ 焊件焊后沿平行于焊縫長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生的收縮變形稱為縱向收縮變形。當(dāng)焊縫位于焊件的中性軸上或數(shù)條焊縫分布在相對(duì)中性軸的對(duì)稱位置上，焊后焊件將產(chǎn)生縱向收縮變形，其焊縫位置見表1。 焊

2、縫的縱向收縮變形量隨焊縫的長(zhǎng)度、焊縫熔敷金屬截面積的增加而增加，隨焊件截面積的增加而減少，其近似值見表2。 表2 焊縫縱向收縮變形量的近似值（mm/m） 注：表中所表示的數(shù)據(jù)是在寬度大約為15倍板厚的焊縫區(qū)域中的縱向收縮變形量，適用于中等厚度的低碳鋼板。 3 試述焊縫的橫向收縮變形量及其計(jì)算。 焊件焊后在垂直于焊縫方向上發(fā)生的收縮變形稱為橫向收縮變形，橫向收縮變形量隨板厚的增加而增加。 低碳鋼對(duì)接接頭、T形接頭和搭接接頭的橫向收縮變形量，見表3、表4。 對(duì)接接頭橫向收縮變形量的近似計(jì)算公式，見表5。 當(dāng)兩板自由對(duì)接、焊縫不長(zhǎng)、橫向沒有約束時(shí)，橫向收縮變形量要比縱向的大得多。 4 焊件在什么情況

3、下會(huì)產(chǎn)生彎曲變形？ 如果焊件上的焊縫不位于焊件的中性軸上，并且相對(duì)于中性軸不對(duì)稱（上下、左右），則焊后焊件將會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。如果焊縫集中在中性軸下方（或下方焊縫較多）則焊件焊后將產(chǎn)生上拱彎曲變形；相反如果焊縫集中在中性軸上方（或上方焊縫較多），則焊件焊后將產(chǎn)生下凹彎曲變形。又如果焊件相對(duì)焊件中性軸左、右不對(duì)稱，則焊后將產(chǎn)生旁彎，焊件產(chǎn)生彎曲變形的焊縫位置，見表6。 5 試述焊件產(chǎn)生角變形的原因及其數(shù)值。 焊接時(shí)，由于焊接區(qū)沿板材厚度方向不均勻的橫向收縮而引起的回轉(zhuǎn)變形稱為角變形見圖1b。產(chǎn)生角變形的原因是，焊縫的截面總是上寬下窄，因而橫向收縮量在焊縫的厚度方向上分布不均勻，上面大、下面小，結(jié)果

4、就形成了焊件的平面偏轉(zhuǎn)，兩側(cè)向上翹起一個(gè)角度。電渣焊縫由于焊縫厚度均勻，所以焊后焊件基本上不產(chǎn)生角變形。 有色金屬和薄板，由于焊接過程中熔池承托不住焊件的重量，使兩側(cè)板下垂，結(jié)果會(huì)引起相反方向的角變形。 低碳鋼對(duì)接接頭在自由狀態(tài)下，焊后角變形的實(shí)驗(yàn)值，見表7。 6 試述波浪變形和扭曲變形產(chǎn)生的原因。 波浪變形焊后構(gòu)件產(chǎn)生形似波浪的變形稱為波浪變形。薄板對(duì)接焊后，存在于板中的內(nèi)應(yīng)力，在焊縫附近是拉應(yīng)力，離開焊縫較遠(yuǎn)的兩側(cè)區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力，如壓應(yīng)力較大，平板失去穩(wěn)定就產(chǎn)生波浪變形，見圖1d。此外，當(dāng)焊件上的幾條角焊縫靠得很近時(shí)，由每角焊縫所引起的角變形連貫在一起也會(huì)形成波浪變形，見圖2。波浪變形通常產(chǎn)

5、生在薄板結(jié)構(gòu)中。 扭曲變形構(gòu)件焊后兩端繞中性軸相反方向扭轉(zhuǎn)一角度稱為扭曲變形，見圖1e。 如果構(gòu)件的角變形沿長(zhǎng)度上分布不均勻和縱向有錯(cuò)邊，則往往會(huì)產(chǎn)生扭曲變形。如圖3a 所示工字梁的四條角焊縫在定位焊后不采用適當(dāng)夾具，按圖3b 所示的焊接方向（相鄰焊縫反向）進(jìn)行焊 接，這時(shí)角變形沿著焊縫長(zhǎng)度逐漸增大，使構(gòu)件扭轉(zhuǎn)，即構(gòu)件扭轉(zhuǎn)，即產(chǎn)生扭曲變形。 1）結(jié)構(gòu)截面對(duì)稱、焊縫布置對(duì)稱的焊接結(jié)構(gòu)，采用先裝配成整體，然后再按一定的焊接順序進(jìn)行生產(chǎn)，使結(jié)構(gòu)在整體剛性較大的情況下焊接，能有效地減少?gòu)澢冃?。例如，工字梁的裝配焊接過程，可以有兩種不同方案，見圖4。若采用圖4b所示的邊裝邊焊順序進(jìn)行生產(chǎn)，焊后要產(chǎn)生較

6、大的上拱彎曲變形；若采用圖4c所示的整裝后焊順序，就可有效地減少?gòu)澢冃蔚漠a(chǎn)生。 2）結(jié)構(gòu)截面形狀和焊縫不對(duì)稱的焊接結(jié)構(gòu)，可以分別裝焊成部件，最后再組焊在一起見圖5。圖5b所示的方案由于焊縫1離中性軸距離較大，所以彎曲變形較大，而圖5a所示的焊縫1的位置幾 8 如何利用合理的焊接順序來控制焊接殘余變形？ 對(duì)稱焊縫采用對(duì)稱焊接當(dāng)構(gòu)件具有對(duì)稱布置的焊縫時(shí)，可采用對(duì)稱焊接減少變形。如圖4所示工字梁，當(dāng)總體裝配好后先焊焊縫1、2，然后焊接3、4，焊后就產(chǎn)生上拱的彎曲變形。如果按1、4、2、3的順序進(jìn)行焊接，焊后彎曲變形就會(huì)減小。但對(duì)稱焊接不能完全消除變形，因?yàn)楹缚p的增加，結(jié)構(gòu)剛度逐漸增大，后焊的焊縫引

7、起的變形比先焊的焊縫小，雖然兩者方向相反，但并不能完全抵消，最后仍將保留先焊焊縫的變形方向。 不對(duì)稱焊縫先焊焊縫少的一側(cè)因?yàn)橄群负缚p的變形大，故焊縫少的一側(cè)先焊時(shí)，使它產(chǎn)生較大的變形，然后再用另一側(cè)多的焊縫引起的變形來加以抵消，就可以減少整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形。 9 如何利用合理的焊接方向來控制焊接殘余變形？ 為控制焊接殘余變形而采用的焊接方向，有以下幾種： 長(zhǎng)焊縫同方向焊接如T形梁、工字梁等焊接結(jié)構(gòu)，具有互相平行的長(zhǎng)焊縫，施焊時(shí)，應(yīng)采用同方向焊接，可以有效地控制扭曲變形，見圖6a。 逆向分段退焊法同一條或同一直線的若干條焊縫，采用自中間向兩側(cè)分段退焊的方法，可以有效地控制殘余變形，見圖6b。 跳焊法

8、如構(gòu)件上有數(shù)量較多又互相隔開的焊縫時(shí)，可采用適當(dāng)?shù)奶?，使?gòu)件上的熱量分布趨于均勻，能減少焊接殘余變形，見圖6c。 10 如何利用反變形法來控制焊接殘余變形？ 為了抵消焊接殘余變形，焊前先將焊件向與焊接殘余變形相反的方向進(jìn)行人為的變形，這種方法稱為反變形法。例如，為了防止對(duì)接接頭產(chǎn)生的角變形，可以預(yù)先將對(duì)接處墊高，形成反向角變形見圖7a。為了防止工字梁翼板焊后產(chǎn)生角變形，可以將翼板預(yù)先反向壓彎見圖7b。在薄殼結(jié)構(gòu)上，有時(shí)需在殼體上焊接支承座之類的零件，焊后殼體往往發(fā)生塌陷，為此，可以在焊前將支承座周圍的殼壁向外頂出，然后再進(jìn)行焊接見圖7c。 采用反變形法控制焊接殘余變形，焊前必需較精確地掌握焊

9、接殘余變形量，通常用來控制構(gòu)件焊后產(chǎn)生的彎曲變形和角變形，如反變形量留得適當(dāng)，可以基本抵消這兩種變形。 11 如何利用剛性固定法來控制焊接殘余變形？ 焊前對(duì)焊件采用外加剛性拘束，強(qiáng)制焊件在焊接時(shí)不能自由變形，這種防止焊接殘余變形的方法稱為剛性固定法。采用壓鐵防止薄板焊后的波浪變形見圖8。 剛性固定法簡(jiǎn)單易行，適用面廣，不足之處是焊后當(dāng)外加剛性拘束卸掉后，焊件上仍會(huì)殘留一些變形，不能完全消除，不過要比沒有拘束時(shí)小得多。另外，剛性固定法將使焊接接頭中產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，所以對(duì)于一些抗裂性較差的材料應(yīng)該慎用。 12 如何利用散熱法和自重法來控制焊接殘余變形？ 散熱法焊接時(shí)用強(qiáng)迫冷卻的方法將焊接區(qū)的熱量