焊接變形的控制方法

1、.焊接變形的控制方法1 焊接應(yīng)力與變形焊接是一種局部加熱的工藝過程。 焊接過程中 以 及 焊 后 , 構(gòu) 件 不 可 避 免 地 會 產(chǎn) 生 焊 接 應(yīng) 力 和 變 形。 焊接應(yīng)力和變形在一定條件下還影響焊接結(jié)構(gòu) 的性能, 如強度、剛度、尺寸精度和穩(wěn)定性、受壓時的 穩(wěn)定性和抗腐蝕性等。不僅如此, 過大的焊接應(yīng)力與 變形, 還會大大增加制造工藝中的困難和經(jīng)濟消耗, 而且往往因焊接裂紋或變形過大無法矯正而導(dǎo)致產(chǎn) 品的報廢。2 焊接應(yīng)力與變形的形成過程焊接應(yīng)力與變形是由焊接產(chǎn)生的不均勻溫度場 而引起的。假設(shè)有一塊平板 條( 如圖所示) , 在他中心堆置 一條焊縫。圖 1 假定是焊接加熱時的情況。圖

2、2 為焊接以后, 溫度恢復(fù)到室溫時的情況。 與此同時, 由于不均勻加熱還會產(chǎn)生垂直焊縫方 向( 橫向) 的盈利和變形, 厚度則還產(chǎn)生板厚度方 向的應(yīng)力。3 影響焊接應(yīng)力與變形的主要因素影響焊接應(yīng)力與變形的因素主要有兩個方面,圖 1圖 2第一個方面是焊縫及其附近不均勻加熱的范圍和程 度, 也就是產(chǎn)生熱變形的范圍和程度; 第二個方面是 焊件本身的剛度以及受到周圍拘束的程度; 實際上 也就是就是阻止焊縫及其附近加熱所產(chǎn)生熱變形的 程度。兩個方面作用的結(jié)果決定了焊縫附近壓縮塑 性變形區(qū)的大小和分布, 也決定了殘余應(yīng)力與殘余 變形的大小。焊縫尺寸和焊縫數(shù)量及為止, 材料的熱物理性 能( 導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、

3、膨脹系數(shù)等) , 焊接工藝方法( 氣 焊、手工焊、埋弧焊、氣體保護焊等) , 焊接參數(shù)( 焊接 電 流 、電 弧 電 壓 、焊 接 速 度 等) 以 及 施 焊 方 法( 直 通焊 、跳 焊 、逆 向分段漢等) 等因素影響到焊縫及其附 近區(qū)不均加熱的范圍和程度, 影響到熱變形的大小 和分布; 焊接構(gòu)件的尺寸和形狀, 胎夾具的應(yīng)用, 焊 縫的布置以及裝配焊接順序等因素影響到焊接構(gòu)件 的剛度和周圍的約束程度。一般來說, 焊接構(gòu)件在約 束小的條件下, 焊接變形達而應(yīng)力小; 反之, 則焊接 變形小而應(yīng)力大。4 焊接殘余變形的預(yù)防和矯正4.1 設(shè)計措施4.1.1 盡可能減少焊縫的數(shù)量在設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時盡可

4、能減少焊縫的數(shù)量, 避 免不必要的焊縫。盡可能用型鋼、沖壓件來代替焊接 件。例如, 采用壓型結(jié)構(gòu)代替筋板結(jié)構(gòu)可以有效防止 薄板的變形。對于自身要求不高的結(jié)構(gòu)間可以適當(dāng) 增加平板的厚度, 這樣可以減少筋板數(shù)量, 從而可以 減少焊接和變形的矯正量。4.1.2 選擇合理的焊縫尺寸和形狀1) 對于板厚較大的對接街頭偏重取 X 型坡口代 替 V 型坡口, 因為對一定厚度的板, X 型坡口的熔敷 金屬量大約比 V 型坡口少 1/2。對于更大板厚的對接 接頭可采用 U 型、雙 U 型甚至窄間隙深坡口焊縫, 以 減少焊接變形。2) 在保證結(jié)構(gòu)有足夠承載能力的前提下, 應(yīng)采 用盡可能小的焊縫尺寸。對于不需要進行

5、強度計算 的 T 型焊接接頭, 選取最小的工藝上合理的焊縫焊 腳尺寸。在同樣最小的焊腳尺寸時, 用斷續(xù)焊縫比用 連續(xù)焊縫更能減少變形。下表為不同厚度低碳鋼板 的最小焊縫焊腳尺寸參考表。低碳鋼板的最小焊縫焊腳尺寸參考表板厚( mm)=<67181930315051100最小焊腳( mm)3468103) 對于受力較大的 T 型接頭或十字接頭, 在保 證相同的強度條件下, 采用開坡口角焊縫比一般角 焊縫可以大大減少焊縫金屬, 減少焊接變形。4) 當(dāng)按計算確定 T 型接頭角焊縫時, 應(yīng)當(dāng)采用 連續(xù)焊縫, 不要采用于連續(xù)焊縫等強度的斷續(xù)焊縫。 并 應(yīng) 采 用 雙 面 連 續(xù) 焊 縫 代 替 等

6、強 度 的 單 面 連 續(xù) 焊 縫, 以減少角焊縫的焊腳尺寸。5) 設(shè)計的結(jié)構(gòu)盡可能使大多數(shù)焊縫可采用自動 焊, 此時焊接變形比手工焊小。在薄板結(jié)構(gòu)中采用二 氧化碳保護焊代替手工焊或氣焊, 用接觸電焊代替 熔化焊縫可減少變形, 建生焊后校正工作。4.1.3 合理選擇結(jié)構(gòu)形式和安排焊縫位置1) 安排焊縫盡可能對稱于截面中心軸, 或者使 焊縫靠近中心軸, 以減少結(jié)構(gòu)總的彎曲變形。焊縫集 中于中心軸一側(cè), 彎曲變形大, 所以盡量安排對稱。 圖 3 位兩片半圓瓦對接成圓筒, 焊縫對稱布置, 彎曲 變形小。而圖 4 為鋼板彎曲后進行對接, 焊縫在截面 上側(cè)圓筒直徑較小時, 焊后引起較大的變形。圖 3圖

7、42) 由于橫向收縮通常比縱向收縮顯著, 因此應(yīng) 盡可能將焊縫布置在平行于要求焊接變形較小的方 向。3) 當(dāng)采用分部件裝配和焊接時, 設(shè)計時應(yīng)預(yù)先 考慮結(jié)構(gòu)分部件的可能性, 并應(yīng)使部件總裝成結(jié)構(gòu) 時的焊接工作最小, 減少總裝時的焊接變形。4) 在設(shè)計薄板結(jié)構(gòu)時, 要考慮不應(yīng)由于焊接骨 架而失穩(wěn)。為了提高薄板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和降低波浪 變形, 應(yīng)當(dāng)選擇合理的平板厚度, 減少骨架間距并降 低骨架焊縫的焊腳。5) 設(shè)計結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮到采用簡單裝配焊接胎夾 具的可能。盡量避免設(shè)計曲線型結(jié)構(gòu)。采用平面結(jié)構(gòu) 可使固定狀態(tài)下的焊接裝備比較簡單, 對控制變形 比較有利。4.2 工藝措施4.2.1 反變形焊接前將結(jié)構(gòu)

8、或部件裝配成具有焊接變形相反 方向的預(yù)先變形。反變形的程度應(yīng)該能抵消焊后形 成的變形。圖 5 為反變形情況下的應(yīng)用:圖 54.2.2 剛性固定法對于剛性小的結(jié)構(gòu), 可以通過采用胎夾具或其 他臨時支承方法, 增加結(jié)構(gòu)在焊接時的剛性, 達到減 小焊接變形的目的。但構(gòu)件本身剛性越大, 則剛性固 定法效果越弱。所以對控制大鋼度構(gòu)件的彎曲變形 效果較差。而對角變形和波浪變形較有效。4.2.3 選用合理的焊接方法的規(guī)范1) 選用能量密度高的焊接方法, 如采用二氧化碳氣體保護焊、等離子弧焊和手工點弧焊進行薄板 焊接, 可以減少變形量。2) 采用較小的焊接線能量可以減少焊接變形 量。但在實際生產(chǎn)中要考慮生產(chǎn)率

9、, 焊接線能量不宜 過低。3) 焊接不對稱得構(gòu)件, 通過選用不同的焊接參 數(shù), 可以控制和調(diào)節(jié)彎曲變形。如圖 6 所示的截面不 對稱得梁, 焊縫 1 和 2 到中心軸的距離 e 比焊縫 3 和 4 到中心軸的距離 f 大焊后引起的變形也大。如果焊 縫 1 和 2 采 用 比 焊 縫 3 和 4 小 的 規(guī) 范 參 數(shù) 分 層 焊 接, 可以是上下彎曲變形抵消。圖 64.2.4 選擇合理的裝配焊接順序1) 構(gòu)件在裝配過程中, 側(cè)面中心位置不斷發(fā)生 變化, 因而焊接變形也變化。利用這一特點通過把結(jié) 構(gòu)適當(dāng)?shù)姆殖刹考? 分別裝配焊裝, 使不對稱得焊縫 和收縮量較大的焊縫在焊接過程中能比較自由的收 縮

10、而不影響整體結(jié)構(gòu), 然后拼焊成整體。這樣有利于控制變形, 矯正也比較容易。2) 分布在側(cè)面中心線兩側(cè)的焊縫, 一般來說, 先 焊的一側(cè)焊縫產(chǎn)生的彎曲變形比后焊的一側(cè)焊縫產(chǎn) 生的彎曲變形要大。因此焊接順序總的規(guī)律是先焊 焊縫少的一側(cè)。對于截面形狀對稱的結(jié)構(gòu), 盡可能采 用對稱焊接方法。4.2.5 防止薄板焊接變形的預(yù)拉伸法在薄板焊接骨架時, 采用機械的預(yù)拉伸, 加熱的 預(yù)拉伸, 或者兩者同時使用, 使薄板預(yù)先得到拉伸或 伸長, 然后在張緊薄板上裝配焊接骨架, 可以有效防 止波浪變形。4.3 焊接變形的矯正4.3.1 機械矯正法采用壓力機、矯正機或手工捶擊等機械方法產(chǎn) 生新的塑性變形, 以使原開縮短的部分得以延伸, 達 到矯正變形的目的。其中多輥平板機適用于薄板拼 焊件的矯正。利用窄輪碾壓焊縫及其兩側(cè)使之延伸 來消除變形,