焊接变形.doc

焊接变形一、焊接变形的种类（1）纵向收缩变形 构件焊后在焊缝方向发生的收缩，如图1中的L。（2）横向收缩变形 构件经过焊接以后在垂直焊缝方向发生的收缩，如图1中的B。（3）角变形 焊接以后，构件的平面围绕焊缝发生的角位移，如图2所示。（4）错边变形 焊接过程中，由于两块板材的热膨胀不一致，可能引起长度方向或厚度方向上的错边，如图3所示。图1 纵向和横向收缩变形图2 角变形图3 错边变形a）长度方向的错边；b）厚度方向的错边（5）波浪变形 薄板焊件焊后最容易发生这种失稳变形，形状呈波浪状。如图4所示。图4 波浪变形（6）挠曲变形 构件焊后所发生的挠曲，如图5所示。挠曲变形可以由焊缝的纵向收缩引起，如图5a所示。也可以由焊缝的横向收缩引起，如图5b所示。（7）螺旋形变形 焊后的结构上出现的扭曲，如图6所示。图5 挠曲变形 a）由纵向收缩引起的挠曲；b）由横向收缩引起的挠曲 图6 螺旋形变形二、焊接变形的估算方法（1）纵向收缩变形、横向收缩变形 均可采用有关公式进行计算，具体方法详见本书第二十章焊接计算的有关内容。（2）角变形 可由图7进行估算。图7 T形接头角变形与板厚及焊脚尺寸K的关系a)低碳钢；b）铝镁合金三、焊接变形的经验数据1）低碳钢纵向收缩变形见表1，适用于中等厚度、以及宽度比约为15的板件。2）焊缝横向收缩变形见表2。3）低碳钢对接接头横向收缩变形见表3。4）低碳钢角接接头的横向收缩变形见表4。5）低碳钢的对接接头角变形见表5。表中的角变形数值是在自由状态下对接焊后测得的。6）T形接头和搭接接头的角变形见表6。四、焊接变形的控制与矫正1.改进焊缝设计（1）尽量减少焊缝数量 在设计焊接结构时应当避免不必要的焊缝。尽量选用型钢、冲压件代替焊接件，以减少肋板数量来减小焊接和矫正变形的工作量。表1 低碳钢纵向收缩变形 （mm/m）对接焊缝连续角焊缝间断角焊缝0.150.300.200.4000.10（2）合理选择焊缝形状及尺寸 对于板厚较大的对接接头应选X形坡口代替V形坡口。减少熔敷金属总量以减少焊接变形。在保证有足够承载能力的条件下，应尽量选用较小的焊缝尺寸。对于不需要进行强度计算的T形接头，应选用工艺上合理的最小焊脚尺寸（见表7）。并且采用断续焊缝比连续焊缝更能减少变形。表2 焊缝横向收缩变形近似值接头形式板厚/mm34488121216162020242430收缩量/mmV形坡口对接0.71.31.31.41.41.81.82.12.12.62.63.1X形坡口对接1.61.91.92.42.42.82.83.2单面坡口十字接头1.51.61.61.81.82.12.12.52.53.03.03.53.54.0单面坡口角焊缝0.80.70.60.4无坡口单面角焊缝0.90.80.70.4双面断续角焊缝0.40.30.2表3 低碳钢对接接头横向收缩变形接头横截面焊接方法横向收缩/mm焊条电弧焊2层1.0焊条电弧焊5层1.6焊条电弧焊正面5层背面清根后焊2层1.8焊条电弧焊正背面各焊4层1.8焊条电弧焊（深熔焊条）1.6右向气焊2.3焊条电弧焊20道，背面未焊3.21/3背面焊条电弧焊，2/3埋弧焊1层2.4铜垫板上埋弧焊1层0.6焊条电弧焊3.3焊条电弧焊（加垫板单面焊）1.5表4 低碳钢角接接头的横向收缩变形接头截面焊接方法收缩量/mm焊条弧焊0.5焊条弧焊2层0.3焊条弧焊2层0焊条弧焊2层0.5焊条弧焊2层0.6焊条弧船形焊2层1.0焊条弧立焊2层1.3焊条弧焊2层0焊条弧焊2层0注：为焊缝计算厚度。表5 低碳钢对接接头角变形接头横截面焊接方法角变形/（）焊条电弧焊2层1光焊条电弧焊1.4单面焊条电弧焊5层3.5正面焊条电弧焊5层背面清根焊3层0右向气焊1两面同时垂直气焊0焊条电弧焊8层7焊条电弧焊22道13铜垫板上埋弧焊1层01/3焊条电弧焊2/3埋弧焊2钢垫板上埋弧焊2层5表6 T形接头和搭接接头的角变形接头横截面焊接方法角变形/（）焊电弧焊3水平位置焊条电弧焊2层3水平位置焊条电弧焊2层1焊条电弧焊交错断续焊，每段焊80mm，间隔160mm0焊条电弧焊3层2焊条电弧焊4层1.5焊条电弧焊1层0焊条电弧焊3层1埋弧焊1层0表7 低碳钢最小焊脚尺寸（mm）板厚67181930315051100最小焊脚尺寸346810当按设计计算确定T形接头角焊缝时，应采用连续焊缝，不应采用与之等强的断续焊缝。并应采用双面连续焊缝代替等强度的单面连续焊缝，以减小焊脚尺寸。对于受力较大的T形或十字接头，在保证相同强度的条件下，应采用开坡口的角焊缝。这样比一般角焊缝可大大减少焊缝金属、减少焊接变形量。（3）合理设计结构形式及焊缝位置 设计结构时应考虑焊接工作量最小以及部件总装时的焊接变形量最小。对于薄板结构，应选合适的板厚、减少骨架间距及焊脚尺寸，以提高结构的稳定性、减少波浪变形。此外，还应尽量避免设计曲线形结构，因为采用平面形结构可使固定状态下的焊接装备比较简单，易于控制焊接变形。由于焊缝的横向收缩通常比纵向收缩显著，因此应尽量将焊缝布置在平行于要求焊接变形量最小的方向。焊缝的位置应尽量靠近截面中心轴，并且尽量对称于该中心轴，以减少结构的弯曲变形。2.采取工艺措施（1）反变形 焊前将构件装配成具有与焊接变形相反方向的预先反变形。反变形的大小应以能抵消焊后形成的变形为准。这种预制的反变形可以是弹性的、塑性的或弹塑性的。工字梁盖板焊接时的反变形如图8所示。焊接工艺梁时采用的上、下盖板的反变形值见表8及表9。图8 工字梁盖板的焊前反变形反变形量；b板宽；板厚（2）刚性固定 将构件加以固定来限制焊接变形。对于刚度小的结构，可以采用胎卡具或临时支承等措施，增加该结构在焊接时的刚度，以减小焊接变形量。结构的刚度越大，利用铡性固定法控制弯曲变形的效果较差，而对角变形及波浪花变形较为有效。这种方法虽然可以减少焊接变形，但同时却又增加了焊接应力。表8 工字梁盖板焊条电弧焊时反变形值（mm）101214161820243036401002.51.951.61.351.191.150.90.70.60.5320053.93.22.72.382.11.791.41.21.06400107.86.385.44.754.23.582.82.32.1310002519.51613.511.910.59765.3表9 工字梁盖板埋弧焊时反变形值（mm）101214161820243036401001.52.142.82.92.422.11.661.2510.8720034.285.65.84.884.223.32.52.11.2840068.5711.211.69.758.426.5254.023.58600912.8516.817.414.512.69.97.56.025.2472010.815.420.820.917.515.211.997.236.4（3）选用合理的焊接方法及焊接参数 选用能量密度较高的焊接方法，可以减小焊接变形。焊接热输入较小时，可以减小焊接变形，然而从焊接生产率来考虑，热输入又不宜过低。采用跳焊、逐步退焊等措施，可以影响焊接温度场，减小焊接变形量。选用不同的焊接参数，也可以控制及调节弯曲变形。例如，对于截面不对称的梁，选用较小的焊接参数焊接远离截面中心轴的焊缝，可以调节梁的弯曲变形，以达到抵消其它焊缝所造成的弯曲变形。（4）选择合理的装配焊接顺序 构件在装配过程中，截面的重心位置也在不断地变化着，因而影响焊接变形量。所以同样的构件，采用不同的装配焊接顺序，就有不同的变形量。通常将构件分成部件，分别装配焊接，其顺序应做具体分析，对于重要的构件还应进行模拟试验。分布在截面中心线两侧的焊缝，通常是先焊的一侧焊缝所产生的弯曲变形比后焊一侧所产生的变形要大。所以，确定焊接顺序的原则是：焊缝少的一侧先焊。对于截面形状、焊缝布置均为对称的构件，应当采用对称焊接施工。（5）预拉伸法 采用机械的预拉伸、加热的预拉伸、或者机械的与加热的两法同时使用的预拉伸，可以使薄板预先得到拉伸与伸长。这时在张紧的薄板上装配焊接骨架，可以很好地防止波浪变形。3.焊接变形的矫正（1）机械矫正法 采用手工锤击、压力机等机械方法使构件的材料产生新的塑性变形，这就使原来缩短的部分得到延伸，从而矫正了变形。对于薄板拼焊件的矫正，常采用多辊平板机；对于焊缝比较规则的薄壳结构，常采用窄轮辗压机的圆盘形辊轮辗压焊缝及其两侧使之延伸来消除变形。（2）火焰矫正法 火焰加热所产生的局部压缩塑性变形，使较长的金属材料在冷却后缩短来消除变形。使用时应控制加热的温度及位置。对于低碳钢和普通低合金钢，常采用600800的加热温度。由于这种方法需要对构件再次加热至高温，所以对于合金钢等材料应当慎用。1）火焰矫正的方法有以下三种 点状加热法 多用于薄板结构。加热点直径d15mm，加热点中心距为50100mm。 线状加热法 多用于矫正角变形、扭曲变形及筒体直径过大或椭圆度。 三