焊接变形的控制

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1、焊 接 变 形 的 控 制n 产 生 变 形 的 原 因n 焊 接 变 形 的 危 害n 焊 接 变 形 的 种 类 和 影 响 因 素n 焊 接 变 形 的 控 制n 焊 接 变 形 的 矫 正 产 生 变 形 的 原 因 焊 接 时 ， 熔 化 的 金 属 及 近 缝 区 母 材 受热 膨 胀 ， 产 生 塑 性 变 形 。 凝 固 时 ， 焊 缝和 近 缝 区 金 属 收 缩 。 从 而 产 生 纵 向 和 横向 内 应 力 ， 此 内 应 力 为 拉 应 力 。 使 焊 缝纵 向 和 横 向 收 缩 ， 从 而 使 焊 件 产 生 变 形 。由 于 焊 接 时 热 胀 冷 缩 是 必

2、然 的 ， 所 以 焊接 时 产 生 变 形 是 必 然 的 。 我 们 只 能 控 制但 不 能 完 全 消 除 焊 接 变 形 。 焊 接 变 形 的 危 害n 1） 影 响 焊 件 的 精 度 及 使 用 性 能 ；n 2） 降 低 装 配 质 量 ,甚 至 使 产 品 报 废 ;n 3） 降 低 结 构 的 承 载 能 力 ；n 4） 影 响 焊 件 的 美 观 ;n 5） 提 高 制 造 成 本 。 焊 接 变 形 的 种 类 和 影 响 因 素焊 接 变 形 的 种 类 ：n 1 收 缩 变 形n 2 角 变 形n 3 弯 曲 变 形n 4 失 稳 变 形 (波 浪 变 形 )n

3、5 扭 曲 变 形 。 收 缩 变 形n （ 1） 纵 向 收 缩 变 形 ： 沿 焊 缝 轴 线 方 向 尺寸 的 缩 短n （ 2） 横 向 收 缩 变 形 ： 沿 垂 直 于 焊 缝 轴 线方 向 尺 寸 的 缩 短 。 纵 向 收 缩 变 形 的 影 响 因 素n 1） 与 截 面 积 有 关 ： 焊 件 的 截 面 积 越 大 ， 焊 件的 纵 向 收 缩 量 越 小n 2） 与 长 度 有 关 ： 焊 缝 的 长 度 越 长 ， 焊 件 的 纵向 收 缩 量 越 大n 3） 与 焊 接 层 次 有 关 ： 多 层 焊 时 每 层 焊 缝 所 产生 的 压 缩 塑 性 变 形 比 单

4、 层 焊 时 小 。n 4） 与 温 度 有 关 ： 焊 件 的 原 始 温 度 提 高 ， 焊 后纵 向 收 缩 量 增 大 n 5） 与 材 料 性 质 有 关 ： 线 膨 胀 系 数 大 的 材 料 ，焊 后 纵 向 收 缩 量 大 。 横 向 收 缩 变 形 的 影 响 因 素n 1） 与 热 输 入 有 关 ： 横 向 收 缩 变 形 随 焊 接 热 输 入 增 大 而增 加 。n 2） 与 间 隙 有 关 ： 装 配 间 隙 增 加 ， 横 向 收 缩 也 增 加 。n 3） 与 焊 接 长 度 有 关 ： 焊 缝 的 横 向 收 缩 沿 焊 接 方 向 由 小到 大 ， 逐 渐

5、增 大 到 一 定 程 度 后 便 趋 于 稳 定 。n 4） 与 拘 束 程 度 有 关 ： 定 位 焊 缝 越 长 ， 横 向 收 缩 变 形 量就 越 小 n 5） 与 金 属 填 充 量 有 关 ： 对 接 接 头 的 横 向 收 缩 量 随 焊 缝金 属 量 的 增 加 而 增 加 大 的 。n 6） 与 焊 缝 形 式 有 关 ： 角 焊 缝 的 横 向 收 缩 要 比 对 接 焊 缝小 得 多 。 几 种 接 头 的 角 变 形a)堆 焊 b)对 接 接 头 c)T形 接 头a)b) c)角 变 形 角 变 形 的 影 响 因 素n 1） 与 板 厚 有 关 ： 当 热 输 入

6、一 定 时 ， 板 厚 越 大 ，角 变 形 越 大 ；n 2） 与 热 输 入 有 关 ： 板 厚 一 定 ， 热 输 入 增 大 ，角 变 形 也 增 ；n 3） 与 坡 口 形 式 有 关 ： 对 接 接 头 坡 口 截 面 不 对称 的 焊 缝 ， 其 角 变 形 大 ； 坡 口 角 度 越 大 ， 角 变形 越 大n 4） 与 焊 接 顺 序 有 关 ： 焊 接 顺 序 也 会 影 响 角 变形 的 大 小 。 弯 曲 变 形 焊 缝 的 纵 向 收 缩 引 起 的 弯 曲 变 形 焊 缝 横 向 收 缩 引 起 的 弯 曲 变 形 弯 曲 变 形 的 影 响 因 素n 主 要 影

7、响 因 素 就 是 焊 缝 位 置 的 不 对 称 ，导 致 受 力 不 均 衡 ， 出 现 弯 曲 。n 当 焊 缝 位 置 对 称 或 接 近 于 截 面 中 性 轴 ，则 弯 曲 变 形 就 比 较 小 。 失 稳 变 形 （ 波 浪 变 形 ） 扭 曲 变 形n 对 于 梁 式 结 构 或 细 长 构 件 ， 由 于 焊 接 顺 序 、 焊 接 方向 或 装 配 原 因 焊 后 截 面 向 不 同 的 方 向 倾 斜 造 成 构 件扭 曲 变 形 。 焊 接 变 形 的 控 制n 控 制 变 形 的 方 法 ： 1、 合 理 选 择 焊 接 方 法 和 焊 接 规 范 2、 刚 性 固

8、 定 法 3、 反 变 形 法 4、 散 热 法 5、 热 平 衡 法 6、 采 用 合 理 的 焊 接 顺 序 和 方 向 合 理 选 择 焊 接 方 法 和 焊 接 规 范n 选 用 线 能 量 较 低 的 焊 接 方 法 ， 可 以 有 效 地 防 止焊 接 变 形 。 例 如 采 用 CO2半 自 动 焊 来 代 替 气 焊和 手 工 电 弧 焊 ， 不 但 效 率 高 ， 而 且 可 以 减 少 薄板 结 构 的 变 形 。n 焊 接 电 流 电 压 越 大 ， 焊 件 的 受 热 量 越 大 ， 变 形也 就 越 大 。 对 于 焊 缝 不 对 称 的 细 长 构 件 而 言 ，有

9、 时 可 以 通 过 选 用 适 当 的 线 能 量 ， 而 不 必 用 任何 反 变 形 或 夹 具 克 服 挠 曲 变 形 。 刚 性 固 定 法n 1） 将 焊 件 固 定 在 刚 性 平 台 上n 2） 将 焊 件 组 合 成 刚 度 更 大 或 对 称 的 结 构n 3） 利 用 焊 接 夹 具 增 加 结 构 的 刚 度 和 拘 束n 4） 利 用 临 时 支 撑 增 加 结 构 的 拘 束 。 反 变 形 法n 根 据 生 产 实 践 中 已 发 生 变 形 的 规 律 ， 预 先 将 焊件 向 相 反 方 向 制 成 变 形 或 预 留 变 形 收 缩 量 再 进行 焊 接 的

10、 方 法 。 焊 前 焊 后 散 热 法n 散 热 法 又 称 强 迫 冷 却 法 。n 散 热 法 是 指 在 焊 接 部 位 放 置 铜 垫 板 或 用 水 冷 却焊 接 部 位 背 面 ， 把 焊 接 部 位 的 热 量 迅 速 散 去 ，使 焊 缝 附 近 受 热 面 积 大 大 减 小 ， 以 达 到 减 少 焊接 变 形 的 目 的 。n 散 热 法 不 适 于 具 有 淬 火 倾 向 的 产 品 ， 否 则 焊 接时 易 产 生 裂 纹 。 散 热 法 示 意 图a)水 浸 法 散 热 b)散 热 垫 法 散 热 c) 喷 水 法 散 热 a) c)b) 热 平 衡 法n 当 焊

11、 接 某 些 焊 缝 不 对 称 布 置 的 结 构 时 ，焊 后 往 往 会 产 生 弯 曲 变 形 。 如 果 在 与 焊缝 的 位 置 上 采 用 气 体 火 焰 与 焊 接 同 步 加热 ， 使 加 热 区 和 焊 缝 产 生 同 样 的 膨 胀 变形 ， 焊 后 其 一 致 收 缩 ， 则 可 以 防 止 弯 曲变 形 。 采 用 合 理 的 焊 接 顺 序 和 方 向合 理 的 焊 接 顺 序 和 方 向 ：n 先 两 端 ， 后 中 间 ；n 先 内 部 ， 后 外 部 ；n 先 焊 短 焊 缝 ， 后 焊 长 焊 缝 ；n 先 焊 焊 缝 少 的 一 侧 ， 再 焊 焊 缝 多

12、 的 一 侧 ；n 对 称 焊 缝 保 证 对 称 ， 同 向 ；n 长 焊 缝 分 段 倒 退 焊 。 n 焊 接 顺 序 对 角 变 形 的 控 制(a)单 侧 先 焊 (b)两 侧 交 替 焊 (c)交 替 控 制 焊 (d) 同 时 对 称 焊 长 焊 缝 的 几 种 焊 接 顺 序 焊 接 变 形 的 矫 正n 机 械 矫 正 法n 锤 击 法n 火 焰 加 热 矫 正 法 机 械 矫 正 法n 机 械 法 是 指 利 用 压 床 、 辊 、 千 斤 顶 或 者用 锤 子 敲 打 等 手 段 矫 正 变 形 的 方 法 。 机 械 法 矫 正 焊 接 变 形 应 注 意 以 下 事

13、项 ：n 对 冷 裂 倾 向 较 大 的 高 强 度 钢 采 用 此 法 应慎 重 ， 因 为 机 械 法 矫 正 易 产 生 冷 作 硬 化 。n 对 重 要 焊 件 和 合 金 钢 焊 件 ， 矫 正 后 应 仔细 检 查 矫 正 处 有 无 裂 纹 。 锤 击 法n 该 法 用 锤 击 来 延 展 焊 缝 及 其 周 围 压 缩 塑 性 变 形区 域 的 金 属 ， 达 到 消 除 焊 接 变 形 的 目 的 。n 这 种 方 法 比 较 简 单 ， 经 常 用 来 矫 正 不 太 厚 的 板结 构 。n 缺 点 是 劳 动 强 度 大 ， 表 面 质 量 不 好 。 火 焰 加 热 矫

14、 正 法n 火 焰 加 热 矫 正 法 是 利 用 火 焰 局 部 加 热 ，在 高 温 处 ， 材 料 的 热 膨 胀 受 到 构 件 本 身刚 性 制 约 ， 产 生 局 部 压 缩 塑 性 变 形 ， 冷却 后 收 缩 ， 抵 消 了 焊 后 在 该 部 位 的 伸 长变 形 ， 达 到 矫 正 变 形 之 目 的 。n 火 焰 加 热 可 使 用 普 通 的 气 焊 焊 炬 ， 不 需要 专 用 的 设 备 ， 操 作 方 便 ， 工 艺 灵 活 ，适 应 性 强 。 火 焰 加 热 矫 正 法 分 为 ：n 1 点 状 加 热 法 n 2 线 状 加 热 法n 3 三 角 形 加 热

15、 法 点 状 加 热 法n 点 状 加 热 是 采 用 多 个 点 状 火 焰 对 变 形 构件 进 行 大 面 积 加 热 的 矫 正 方 法 。 加 热 点的 直 径 和 数 目 应 根 据 焊 件 的 结 构 形 状 和变 形 情 况 而 定 。 对 于 厚 板 ， 加 热 点 的 直径 应 大 些 ； 薄 板 的 加 热 点 直 径 则 应 小 些 。变 形 量 大 时 ， 加 热 点 之 间 距 离 应 小 一 些 ；变 形 量 小 时 ， 加 热 点 之 间 距 离 应 大 一 些 。这 种 加 热 方 式 尤 其 适 用 于 对 薄 板 波 浪 变形 的 矫 正 。 在 四 周

16、已 被 约 束 的 板 状 结 构 中 ， 板 上 产 生 挠曲 变 形 时 采 用 点 状 加 热 法 图 一 点 加 热 法 加 热 点 线 状 加 热 法n 火 焰 沿 直 线 缓 慢 移 动 或 同 时 作 横 向 摆 动 ， 形 成一 个 加 热 带 的 加 热 方 式 ， 称 为 线 状 加 热 。 线 状加 热 有 直 线 加 热 、 链 状 加 热 和 带 状 加 热 三 种 形式 。 线 状 加 热 是 应 用 最 广 泛 的 火 焰 加 热 方 式 ，它 可 用 于 矫 正 角 变 形 、 波 浪 变 形 和 弯 曲 变 形 等 。 (a) 直 线 加 热 (b) 链 状

17、加 热 (b) 带 状 加 热直 线 加 热 示 意 图 矫 正 对 接 焊 或 者 角 焊 产 生 的 角 变 形 采 用 线 状 加 热 法 加 热 线 加 热 线 三 角 形 加 热 法n 三 角 形 加 热 即 加 热 区 域 呈 三 角 形 ， 一 般多 用 于 矫 正 刚 度 大 ， 厚 度 较 大 的 结 构 的弯 曲 变 形 。 加 热 时 ， 三 角 形 的 底 边 应 在被 矫 正 结 构 的 拱 边 上 ， 顶 端 朝 焊 件 的 弯曲 方 向 。 矫 正 板 的 周 围 挠 曲 变 形 T形 接 缝 的 弯 曲 变 形 ， 采 用 楔 形 （ 三 角 形 ） 加 热 法

18、 。 加 热 区 火 焰 加 热 矫 正 的 注 意 事 项 n 矫 正 变 形 之 前 应 认 真 分 析 变 形 情 况 ， 制 定 矫 正 方 案 ，确 定 加 热 位 置 及 矫 正 步 骤 。n 认 真 了 解 被 矫 正 结 构 的 材 料 性 质 ， 焊 接 性 好 的 材 料 ，火 焰 矫 正 后 材 料 性 能 变 化 也 小 。 对 于 已 经 热 处 理 的 高强 度 钢 ， 加 热 温 度 不 应 超 过 其 回 火 温 度 。n 水 冷 配 合 火 焰 矫 正 时 ， 应 待 钢 材 失 去 红 态 后 再 浇 水n 加 热 火 焰 一 般 采 用 中 性 焰 。 n 对 具 有 晶 间 腐 蚀 性 的 不 锈 钢 和 淬 硬 倾 向 较 大 的 钢 材 ，不 宜 采 用 火 焰 加 热 矫 正 。