第六讲 焊接变形.docx

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第六讲焊接变形

第六讲焊接变形

第六讲焊接变形

一、焊接变形特点及分类

焊接变形---焊接过程结束后焊件残留的变形。

焊接变形是由于焊缝和近缝区在焊接过程中产生压缩塑性变形而产生的。

在自由状态下进行焊接时，压缩塑性变形区域越大，焊接变形也越大。

凡是能减小压缩塑性变形区的一切工艺措施都能有效地预防和减小焊接变形。

焊接变形的种类

1）纵向收缩变形2）横向收缩变形3）角变形4）弯曲变形5）波浪变形6）扭曲变形7）错边变形

⑴特点

焊件由于焊接而产生的变形称焊接变形。

焊接变形与焊件形状尺寸、材料的热物理性能及加热条件等因素有关。

如果是简单的金属杆件在自由状态下均匀的加热或冷却，该杆件将按热膨冷缩的基本规律在长度上产生伸长或缩短的变形，焊接时不均匀加热过程，热源只集中在焊接部位，且以一定速度向前移动。

局部受热金属的膨胀能引起整个焊件发生平面内或平面外的各种形态的变形。

变形是从焊接时便产生，并随焊接热源的移动和焊件上温度分布的变化而变化。

一般情况下一条焊缝在施焊处受热发生膨胀变形，后面开始在凝固和冷却处发生收缩。

膨胀和收缩在这条焊缝上不同部位分别产生，直至焊接结束并冷至室温，变形才停止。

⑵分类

焊接过程中随时间而变的变形称焊接瞬时变形，它对焊接施工过程发生影响。

焊完冷后，焊件上残留下来的变形称焊接残余变形，它对结构质量和使用性能发生影响。

我们关心最多的是焊接残余变形，因为它直接影响结构的使用性能。

所以在没有特别说明情况下，一般所说的焊接变形，多是指焊接残余变形。

按变形后的形态分，焊接残余变形可归纳成表2-3-2所示的几种类型。

它们与焊件的形态、尺寸、焊缝在焊件上的位置、焊缝坡口的几何形状等因素有关。

表2-3-2焊接残余变形分类

类型

示意图

说明

板平面内的变形

横向收缩

垂直焊接方向的收缩

纵向收缩

焊接方向的收缩

回转变形

在开坡口焊接时，焊接过程中坡口间时而张开时而闭合的变形。

在热源前方完全没有拘束的情况下，因连接焊接坡口间隙常常张开，焊接热输入量越大，张开量越大

板平面外的变形

横向弯曲变形（角变形）

在板厚方向由于焊接而使温度分布不均匀时，沿板厚方向横向收缩不同，使板件在焊缝中心线处发生弯曲变形。

又叫角变形

纵向弯曲变形

焊接方向偏心收缩引起的弯曲变形

波浪变形

在薄板焊接时，由于焊接产生的压缩残余应力，使板件出现因压曲形成的波浪变形

扭曲变形

细长构件，纵向焊缝的横向收缩不均匀或备料与组装质量不良，使构件绕自身轴线扭转

二、焊接变形的危害

1）降低装配质量

2）增加制造成本

3）降低结构的承载能力

三、影响焊接变形的因素

1）焊缝位置

2）结构的刚性

3）装配及焊接顺序

4）焊接线能量

5）焊缝长度和坡口型式

6）焊接操作方法（单道焊与多道焊;多层焊时施焊顺序;焊接方向和次序）

四、控制焊接变形的工艺措施

设计措施

（1）选择合理的焊缝尺寸：

焊缝尺寸增加，变形随之增大，但是过小的焊缝尺寸将降低结构的承载能力，并使焊接接头的冷却速度加快，热影响区硬度增高，容易产生裂纹等缺陷，因此应在满足结构承载能力和保证焊接质量的前提下，随着板的厚度来选取工艺上可能选用的最小的焊缝尺寸。

（2）尽量减少焊缝数量;

适当选择板的厚度，减少肋板数量，从而可减少焊缝和焊接后变形的校正量，如薄板结构件，可用压型结构代替肋板结构，以减少焊缝数量，防止或减少焊后变形。

（3）合理安排焊缝位置：

焊缝对称于焊件截面的中性轴或使焊缝接近中性轴均可减少弯曲变形。

（4）预留收缩余量：

焊件焊后纵向横向收缩变形可通过对焊缝收缩量的估算，在设计时预先留出收缩余量进行控制。

（5）留出装焊卡具的位置：

在结构上留有可装焊夹具的位置，以便在焊接过程中可利用夹具来控制技术变形。

工艺措施

1）预留收缩余量法2）反变形法3）刚性固定法4）选择合理的装配与焊接顺序5）选择合理的焊接方法和规范6）自重法7）散热法

（1）反变形法

当构件刚度过大（如大型箱形梁等）,采用上述强制反变形有困难时，可以先将梁的腹板在下料拼板时作成上挠的，然后再进行装配焊接（如桥式起重机箱形大梁）。

在薄板上焊接骨架时，对薄板采用加热（SH法）、机械预拉伸（SS法）、或者两者同时使用（SSH法）使其伸长，然后再薄板上装配焊接骨架，薄板预拉伸和加热后再冷却所产生的拉应力可以有效地降低焊接应力防止失稳波浪变形。

在薄板对接时也可采用在焊缝两侧一定距离处适当宽度上加热，使焊缝得到拉伸，从而减少压缩塑性变形，降低残余内应力，而消除波浪变形，此法即为低应力无变形法（LSND法）。

板厚8～12mm钢板单边V型坡口对接焊，装配时反变形1.5°焊接后几乎无角变形。

工字梁焊后因横向收缩引起的角变形，若采用焊前预先把上、下盖板压成反变形（塑性变形），然

后装配后进行焊接，即可消除上、下盖板的焊后角变形。

但是上下盖板反变形量的大小主要与该板的厚度和宽度有关，同时还与腹板厚度和热输入有关。

锅炉、集装箱的管接头都集中在上部，焊后引起弯曲变形所以要借用强制反变形夹紧装置，并配以对称均匀加热的痕迹顺序，交替跳焊法这样采用了在外力作用下的弹性反变形再配合以合理的受热的施焊顺序，焊后基本上可消除弯曲变形。

桥式起重机的两根主梁是由左、右腹板和上、下盖板组成的箱型结构的为提高该梁的刚性，梁内设计有大、小肋板，且这些肋板角焊缝大多集中在梁的上部，焊后会引起下桡弯曲变形。

但桥式起重机技术要求规定，主梁焊后应有一定的上拱度，为解决焊后变形与技术要求的矛盾，常采用预制腹板上拱度的方法，即在备料时，预先使两块腹板留出上拱度。

（2）刚性固定法

对防止弯曲变形的效果远不如反变形法。

但对角变形和波浪变形较有效。

例如法兰面的角变形。

焊接薄板时为防止波浪变形，在焊缝两侧紧压固定，加压位置应尽量接近焊缝并保持压力均匀。

为此，可采用带一定挠度的压块或者采用琴键式的多点压块。

（3）选用合理的焊接方法和规范

选用能量比较集中的焊接方法，如CO2保护焊、等离子弧焊代替气焊和手工电弧焊进行薄板焊接可减少变形量。

焊缝不对称的焊件，可通过选用适当的焊接工艺参数，在没有反变形或夹具的条件下，控制弯曲变形。

在焊缝两侧采用直接水冷或水冷铜块散热，可限制和缩小焊接热场，减少变形。

但对有淬火倾向的钢材应慎用。

（4）选择合理的装配焊接次序

把结构适当地分成部件，分别装配焊接，然后再拼焊成整体。

使不对称的焊缝或收缩量较大的焊缝能自由地收缩而不影响整体结构。

按照这个原则生产复杂的大型焊接结构既有利于控制焊接变形，又能扩大作业面，缩短生产周期。

5）合理安排焊接顺序装焊顺序对焊接结构的影响很大。

（1）采用对称焊接；

（2）结构焊缝不对称时先焊焊缝少的一侧；

（3）对焊件上的长焊缝，采用逐步退焊法，从中向外逐步退焊法、跳焊法、交替焊法、从中向外对称焊法来焊接。

6）散热法

焊接时用强迫冷却的方法将焊接区的热量散走（用喷水冷却法），迫使受热面积大为减小，从而达到减少变形的目的。

如利用散热法可减少焊接变形，但它不适应焊接淬硬性较高的焊件。

7）自重法

如工字梁上部焊缝多于下部焊缝，焊后工字梁将向上弯曲。

如将如工字梁翻身搁置将两支墩点置于两端点，可利用梁的自重弯曲趋势逐渐抵消焊后的弯曲变形，梁在放置一定时间后，将会平直或仅有少量弯曲变形，关键是两支墩点的距离必须选择恰当。

五、矫正焊接变形的方法

1）机械矫形法，利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者互相抵消。

2）火焰矫形法，本法是利用火焰局部加热时产生压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，来达到矫正变形的目的。

3）强电磁脉冲矫正法（电磁锤法），其基本原理与电磁成形相同，不过反其道而行之，可以利用它来矫正变形。