焊接變形及矯正綜合試驗指導書講述

1、 焊接結構實驗指導書 Guidance Book Welded Structure 編 者：王*、王* 教 務 處201 年 03月實驗二、焊接變形及矯正綜合試驗一、實驗目的1、掌握對接接頭縱向收縮、橫向收縮和角變形產生的原因及分布規(guī)律；2、了解線能量對對接接頭縱向收縮、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、掌握防止或減小對接接頭變形的剛性固定法。二、實驗原理1、對接接頭縱向收縮變形產生的原理在對接接頭施焊時，焊縫及其附近的金屬由于在高溫下的自由變形受到阻礙，產生了壓縮塑性變形，這個區(qū)域稱之為壓縮塑性變形區(qū)。該區(qū)域內的塑性變形分布如圖1所

2、示（方鴻淵主編“焊接結構學”教材P82，圖3-56），它的存在使構件相當于受到一個外加壓力Ff的作用而縮短和（或）彎曲。假想壓力Ff的數值可由式1表示： （1）式中，p為縮短變形量，Ap為變形區(qū)的面積。構件在假想外加壓力Ff的作用下產生縱向收縮L，其數值可以用式2表示： （2）L取決于構件的長度L0、截面積A和壓縮塑性變形。后者與焊接參數、焊接方法、焊接順序以及材料的熱物理參量有關。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，與焊接方法和材料有關，可以從表1中查得。表1 不同

3、材料經不同方法焊接時的k1系數焊接方法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、對接接頭橫向收縮變形產生的原理橫向收縮變形是指垂直于焊縫方向的變形，其與縱向收縮同時發(fā)生。二者產生的原理也類似。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力，這樣就會在板寬方向上產生壓縮塑性變形，并使其厚度增加，最終結果表現為橫向收縮。對于板寬為B、厚度為的板條，焊后在無拘束狀態(tài)下冷卻收縮時，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。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，FH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B的公式，最好采用實驗的方法加以測定。3、對接接頭角變形產生的原理 在堆焊、對接、搭接和丁字接頭的焊接時，往往會產生角變形。在對接接頭施焊時，焊縫及其附近的金屬由于在高溫下的自由變形受到阻礙，會產生壓縮塑性變形區(qū)。對接接頭不開坡口時，上部產生的塑性變形一般都比下部大，冷卻后使構件產生角變形。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、同時也取決于板的剛度。對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，當線能量達到某一值時，角變形不再增加，如果進一步提高線能量，反而出現角變形減小的現象。這是因為線能量的進一步提高，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卻可能降低，因而角變形反而減少。三、實驗材料與設備儀器1、對接試板采用工業(yè)生產Q345D鋼板，規(guī)格為厚度8mm×寬度150mm×長度300mm，試板不開坡口，數量共10塊，由任意兩塊試板組成一付對接試板，裝配時不留間隔。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行施焊。其編號分別為1、2、3、4、5。2、對接試板分別采用手工電弧焊、CO2氣體保護焊、埋弧焊進行施焊。1號采用手工電弧焊，手工電弧焊焊接設備型號為ZX7-500焊條電弧焊焊機，焊條牌號為CJ507Q，直徑為4mm。4號采用CO2氣體保護焊，CO2氣體保護焊焊接設備型號為KR500，CO2氣體保護焊焊機，焊絲牌號為ER50-6（實心焊絲）。直徑為1.2mm。2號和3號采用埋弧焊，埋弧焊焊接設備型號為ZD5(D)-1250自動埋弧焊機，配有自動行走小車。焊絲牌號為H08MnA、直徑為4mm。匹配的焊劑牌號為SJ101q，焊前焊劑經200烘烤1小時后使用。3、5號在剛性固定

7、的條件下進行施焊，對接試板的剛性固定，采用手工電弧焊點固法，焊機型號為ZX7-500，焊條牌號為CJ507Q、直徑為4mm，焊前經150烘烤1小時后使用。剛性固定后，采用埋弧焊進行焊接，埋弧焊焊接設備型號為ZD5(D)-1250，焊絲牌號為H08MnA、直徑為4mm。匹配的焊劑牌號為SJ101q。4、為盡可能準確測量焊接引起的縱向和橫向收縮變形，焊前需劃線做測量標記，劃線采用測量范圍1000mm的鋼板直尺一付，標記采用“沖眼”工具1付；縱向和橫向收縮變形量的測量，采用測量范圍為300mm的大號游標卡尺2付。角變形的測量采用角尺2付。四、實驗內容、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接試板，焊前采用手工電弧焊點固裝配，焊點分別位于焊接邊的兩端和中間位置，焊點長度不起過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，作為焊后測量接頭收縮變形量的基準線。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、橫向收縮變形量測量的基準線。焊前四條邊的長度（單位mm）如圖中所標注。IADBCL1L2B1B2ADBCL1L2B1B2ADBCL1L2B1B2BADCL1L2B1B2CABDL1L2B1B2圖1對接試板收縮變形量測量的基準線圖3、分別采用手工

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

10、藝參數和熱輸入如表2所示。待試板完全冷卻后，采用游標卡尺分別測量試板標記沿縱向和橫向的尺寸，采用角尺測量接頭后焊端端部的角變形大小。根據實驗記錄，分別計算縱、橫向收縮變形量的大小。表2 試板埋弧焊對接所采用的焊接工藝參數編號焊接方法電流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氣體保護焊230260.5211.505-剛性固定埋弧焊510300.8118.89五、試驗數據的處理1、采用游標卡尺分別測量試板標記沿縱向和橫向的尺寸時，單位用mm，保留2位有效數字；2、根據1中的測量記錄，分別計算縱、橫向收縮變形量的大小，單位用mm，保留2位有效數字；3、繪制對接接頭縱、橫向收縮變形量和角變形量隨線能量變化的曲線圖。4、將剛性固定后對接接頭的縱、橫向收縮變形量和角變形量的大小也標在曲線圖上，比較剛性固定前后接頭變形量