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(guò)程。 焊接過(guò)程中 以 及 焊 后 , 構(gòu) 件 不 可 避 免 地 會(huì) 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(qiáng)度、剛度、尺寸精度和穩(wěn)定性、受壓時(shí)的 穩(wěn)定性和抗腐蝕性等。不僅如此, 過(guò)大的焊接應(yīng)力與 變形, 還會(huì)大大增加制造工藝中的困難和經(jīng)濟(jì)消耗, 而且往往因焊接裂紋或變形過(guò)大無(wú)法矯正而導(dǎo)致產(chǎn) 品的報(bào)廢。2 焊接應(yīng)力與變形的形成過(guò)程焊接應(yīng)力與變形是由焊接產(chǎn)生的不均勻溫度場(chǎng) 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(shí)的情況。圖

2、2 為焊接以后, 溫度恢復(fù)到室溫時(shí)的情況。 與此同時(shí), 由于不均勻加熱還會(huì)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(gè)方面,圖 1圖 2第一個(gè)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(gè)方面是 焊件本身的剛度以及受到周圍拘束的程度; 實(shí)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(gè)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(hù)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(lái)說(shuō), 焊接構(gòu)件在約 束小的條件下, 焊接變形達(dá)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(jì)措施4.1.1 盡可能減少焊縫的數(shù)量在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)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(lái)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(duì)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(duì)于板厚較大的對(duì)接街頭偏重取 X 型坡口代 替 V 型坡口, 因?yàn)閷?duì)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(duì)于更大板厚的對(duì)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(duì)于不需要進(jìn)行

5、強(qiáng)度計(jì)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(shí), 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(duì)于受力較大的 T 型接頭或十字接頭, 在保 證相同的強(qiáng)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(jì)算確定 T 型接頭角焊縫時(shí), 應(yīng)當(dāng)采用 連續(xù)焊縫, 不要采用于連續(xù)焊縫等強(qiáng)度的斷續(xù)焊縫。 并 應(yīng) 采 用 雙 面 連 續(xù) 焊 縫 代 替 等

6、強(qiáng) 度 的 單 面 連 續(xù) 焊 縫, 以減少角焊縫的焊腳尺寸。5) 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)盡可能使大多數(shù)焊縫可采用自動(dòng) 焊, 此時(shí)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(hù)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(duì)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(duì)稱。 圖 3 位兩片半圓瓦對(duì)接成圓筒, 焊縫對(duì)稱布置, 彎曲 變形小。而圖 4 為鋼板彎曲后進(jìn)行對(duì)接, 焊縫在截面 上側(cè)圓筒直徑較小時(shí), 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(shí), 設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)的焊接工作最小, 減少總裝時(shí)的焊接變形。4) 在設(shè)計(jì)薄板結(jié)構(gòu)時(shí), 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(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮到采用簡(jiǎn)單裝配焊接胎夾 具的可能。盡量避免設(shè)計(jì)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(jiǎn)單, 對(duì)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(duì)于剛性小的結(jié)構(gòu), 可以通過(guò)采用胎夾具或其 他臨時(shí)支承方法, 增加結(jié)構(gòu)在焊接時(shí)的剛性, 達(dá)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(duì)控制大鋼度構(gòu)件的彎曲變形 效果較差。而對(duì)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?xì)怏w保護(hù)焊、等離子弧焊和手工點(diǎn)弧焊進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)中要考慮生產(chǎn)率

9、, 焊接線能量不宜 過(guò)低。3) 焊接不對(duì)稱得構(gòu)件, 通過(guò)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(duì)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(guò)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(diǎn)通過(guò)把結(jié) 構(gòu)適當(dāng)?shù)姆殖刹考? 分別裝配焊裝, 使不對(duì)稱得焊縫 和收縮量較大的焊縫在焊接過(guò)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(lái)說(shuō), 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(duì)于截面形狀對(duì)稱的結(jié)構(gòu), 盡可能采 用對(duì)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(shí), 采用機(jī)械的預(yù)拉伸, 加熱的 預(yù)拉伸, 或者兩者同時(shí)使用, 使薄板預(yù)先得到拉伸或 伸長(zhǎng), 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(jī)械矯正法采用壓力機(jī)、矯正機(jī)或手工捶擊等機(jī)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(dá) 到矯正變形的目的。其中多輥平板機(jī)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(lái)消除變形,