焊接變形及矯正綜合試驗(yàn)指導(dǎo)書講述

1、 焊接結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 Guidance Book Welded Structure 編 者：王*、王* 教 務(wù) 處201 年 03月實(shí)驗(yàn)二、焊接變形及矯正綜合試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握對(duì)接接頭縱向收縮、橫向收縮和角變形產(chǎn)生的原因及分布規(guī)律；2、了解線能量對(duì)對(duì)接接頭縱向收縮、橫向收縮和角變形的影響規(guī)律；3、掌握測(cè)量縱向收縮、橫向收縮和角變形的基本方法和工具的使用；4、掌握防止或減小對(duì)接接頭變形的剛性固定法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、對(duì)接接頭縱向收縮變形產(chǎn)生的原理在對(duì)接接頭施焊時(shí)，焊縫及其附近的金屬由于在高溫下的自由變形受到阻礙，產(chǎn)生了壓縮塑性變形，這個(gè)區(qū)域稱之為壓縮塑性變形區(qū)。該區(qū)域內(nèi)的塑性變形分布如圖1所

2、示（方鴻淵主編“焊接結(jié)構(gòu)學(xué)”教材P82，圖3-56），它的存在使構(gòu)件相當(dāng)于受到一個(gè)外加壓力Ff的作用而縮短和（或）彎曲。假想壓力Ff的數(shù)值可由式1表示： （1）式中，p為縮短變形量，Ap為變形區(qū)的面積。構(gòu)件在假想外加壓力Ff的作用下產(chǎn)生縱向收縮L，其數(shù)值可以用式2表示： （2）L取決于構(gòu)件的長度L0、截面積A和壓縮塑性變形。后者與焊接參數(shù)、焊接方法、焊接順序以及材料的熱物理參量有關(guān)。在諸工藝因素中焊接線能量是主要的。在一般情況下，它與焊接線能量成正比。對(duì)于單層焊來說，縱向收縮量可以用式3表示： （3）式中，AH為焊縫截面積，mm2；k1為系數(shù)，與焊接方法和材料有關(guān)，可以從表1中查得。表1 不同

3、材料經(jīng)不同方法焊接時(shí)的k1系數(shù)焊接方法CO2氣保焊埋弧焊手工焊材料低碳鋼低碳鋼奧氏體鋼k10.0430.0710.0760.0480.0570.0762、對(duì)接接頭橫向收縮變形產(chǎn)生的原理橫向收縮變形是指垂直于焊縫方向的變形，其與縱向收縮同時(shí)發(fā)生。二者產(chǎn)生的原理也類似。在熱源附近的金屬受熱膨脹，但受到周圍溫度較低的金屬的約束而承受壓應(yīng)力，這樣就會(huì)在板寬方向上產(chǎn)生壓縮塑性變形，并使其厚度增加，最終結(jié)果表現(xiàn)為橫向收縮。對(duì)于板寬為B、厚度為的板條，焊后在無拘束狀態(tài)下冷卻收縮時(shí)，單位長度焊縫熱輸入qw所引起的平均溫度升高可表示為： （4）式中，c為受焊金屬的比熱容（J /g·K），為密度（g/m

4、m3）。由于，則 （5）式中，為受焊金屬的熱膨脹系數(shù)。由式（5）可以看出，橫向收縮量B與熱輸入qw成正比，與板厚成反比。對(duì)于單層焊來說，橫向收縮量B可以采用式6加以估算。 （6）式中，F(xiàn)H為焊縫截面積（mm2），為板厚（mm）影響B(tài)的因素較多，因而也存在多個(gè)B的公式，最好采用實(shí)驗(yàn)的方法加以測(cè)定。3、對(duì)接接頭角變形產(chǎn)生的原理 在堆焊、對(duì)接、搭接和丁字接頭的焊接時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生角變形。在對(duì)接接頭施焊時(shí)，焊縫及其附近的金屬由于在高溫下的自由變形受到阻礙，會(huì)產(chǎn)生壓縮塑性變形區(qū)。對(duì)接接頭不開坡口時(shí)，上部產(chǎn)生的塑性變形一般都比下部大，冷卻后使構(gòu)件產(chǎn)生角變形。角變形的大小取決于壓縮塑性變形區(qū)的大小和分布情況，

5、同時(shí)也取決于板的剛度。對(duì)于同一種厚度的試板，隨著線能量的增加，上下部塑性變形量的差值將增加。但是，當(dāng)線能量達(dá)到某一值時(shí)，角變形不再增加，如果進(jìn)一步提高線能量，反而出現(xiàn)角變形減小的現(xiàn)象。這是因?yàn)榫€能量的進(jìn)一步提高，雖然能夠提高塑形變形量，但接頭下部的溫度亦隨之提高，上下部塑性變形量的差值進(jìn)卻可能降低，因而角變形反而減少。三、實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備儀器1、對(duì)接試板采用工業(yè)生產(chǎn)Q345D鋼板，規(guī)格為厚度8mm×寬度150mm×長度300mm，試板不開坡口，數(shù)量共10塊，由任意兩塊試板組成一付對(duì)接試板，裝配時(shí)不留間隔。共組焊5付，其中4付在自由狀態(tài)下采用不同線能量施焊，另1付在剛性固定條件

6、下任選其中一種線能量進(jìn)行施焊。其編號(hào)分別為1、2、3、4、5。2、對(duì)接試板分別采用手工電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、埋弧焊進(jìn)行施焊。1號(hào)采用手工電弧焊，手工電弧焊焊接設(shè)備型號(hào)為ZX7-500焊條電弧焊焊機(jī)，焊條牌號(hào)為CJ507Q，直徑為4mm。4號(hào)采用CO2氣體保護(hù)焊，CO2氣體保護(hù)焊焊接設(shè)備型號(hào)為KR500，CO2氣體保護(hù)焊焊機(jī)，焊絲牌號(hào)為ER50-6（實(shí)心焊絲）。直徑為1.2mm。2號(hào)和3號(hào)采用埋弧焊，埋弧焊焊接設(shè)備型號(hào)為ZD5(D)-1250自動(dòng)埋弧焊機(jī)，配有自動(dòng)行走小車。焊絲牌號(hào)為H08MnA、直徑為4mm。匹配的焊劑牌號(hào)為SJ101q，焊前焊劑經(jīng)200烘烤1小時(shí)后使用。3、5號(hào)在剛性固定

7、的條件下進(jìn)行施焊，對(duì)接試板的剛性固定，采用手工電弧焊點(diǎn)固法，焊機(jī)型號(hào)為ZX7-500，焊條牌號(hào)為CJ507Q、直徑為4mm，焊前經(jīng)150烘烤1小時(shí)后使用。剛性固定后，采用埋弧焊進(jìn)行焊接，埋弧焊焊接設(shè)備型號(hào)為ZD5(D)-1250，焊絲牌號(hào)為H08MnA、直徑為4mm。匹配的焊劑牌號(hào)為SJ101q。4、為盡可能準(zhǔn)確測(cè)量焊接引起的縱向和橫向收縮變形，焊前需劃線做測(cè)量標(biāo)記，劃線采用測(cè)量范圍1000mm的鋼板直尺一付，標(biāo)記采用“沖眼”工具1付；縱向和橫向收縮變形量的測(cè)量，采用測(cè)量范圍為300mm的大號(hào)游標(biāo)卡尺2付。角變形的測(cè)量采用角尺2付。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法與步驟1、選擇8塊尺寸均為厚度8mm

8、5;寬度150mm×長度300mm的試板，試板不開坡口，由任意兩塊試板組成一付對(duì)接試板，焊前采用手工電弧焊點(diǎn)固裝配，焊點(diǎn)分別位于焊接邊的兩端和中間位置，焊點(diǎn)長度不起過10mm，兩焊接邊之間不留間隙。2、焊前在試板上按圖1所示的位置劃線、沖眼，作為焊后測(cè)量接頭收縮變形量的基準(zhǔn)線。圖中箭頭所指為施焊方向，AB邊或CD邊、BC邊或DA邊可分別作為縱、橫向收縮變形量測(cè)量的基準(zhǔn)線。焊前四條邊的長度（單位mm）如圖中所標(biāo)注。IADBCL1L2B1B2ADBCL1L2B1B2ADBCL1L2B1B2BADCL1L2B1B2CABDL1L2B1B2圖1對(duì)接試板收縮變形量測(cè)量的基準(zhǔn)線圖3、分別采用手工

9、電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護(hù)焊對(duì)編號(hào)為1、2、3、4的4付對(duì)接試板進(jìn)行施焊。為考查不同焊接線能量對(duì)接頭縱、橫向收縮變形和角變形的影響，施焊時(shí)采用11.50、13.60、18.89、24.12（kj/cm）等四種不同線能量，具體焊接工藝參數(shù)如表2所示。4、待被焊試板完全冷卻后，采用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量試板標(biāo)記沿縱向和橫向的尺寸，采用角尺測(cè)量接頭后焊端端部的角變形大小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，分別計(jì)算縱、橫向收縮變形量的大小。5、編號(hào)為5的兩塊試板，采用剛性固定法，組焊成一付對(duì)接試板。具體方法是：焊前將除焊接邊以外的三個(gè)板邊，采用手工電弧焊進(jìn)行點(diǎn)固，點(diǎn)固焊縫的長度為20mm。點(diǎn)固后再采用埋弧焊進(jìn)行施焊，焊接工

10、藝參數(shù)和熱輸入如表2所示。待試板完全冷卻后，采用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量試板標(biāo)記沿縱向和橫向的尺寸，采用角尺測(cè)量接頭后焊端端部的角變形大小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，分別計(jì)算縱、橫向收縮變形量的大小。表2 試板埋弧焊對(duì)接所采用的焊接工藝參數(shù)編號(hào)焊接方法電流A電壓V焊接速度cm/s線能量kj/cm1手工電弧焊170250.3113.602埋弧焊520320.6924.123埋弧焊510300.8118.894CO2氣體保護(hù)焊230260.5211.505-剛性固定埋弧焊510300.8118.89五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理1、采用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量試板標(biāo)記沿縱向和橫向的尺寸時(shí)，單位用mm，保留2位有效數(shù)字；2、根據(jù)1中的測(cè)量記錄，分別計(jì)算縱、橫向收縮變形量的大小，單位用mm，保留2位有效數(shù)字；3、繪制對(duì)接接頭縱、橫向收縮變形量和角變形量隨線能量變化的曲線圖。4、將剛性固定后對(duì)接接頭的縱、橫向收縮變形量和角變形量的大小也標(biāo)在曲線圖上，比較剛性固定前后接頭變形量