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焊接变形的控制方法 1 焊接应力与变形 焊接是一种局部加热的工艺过程。 焊接过程中 以 及 焊 后 , 构 件 不 可 避 免 地 会 产 生 焊 接 应 力 和 变 形。 焊接应力和变形在一定条件下还影响焊接结构 的性能, 如强度、刚度、尺寸精度和稳定性、受压时的 稳定性和抗腐蚀性等。不仅如此, 过大的焊接应力与 变形, 还会大大增加制造工艺中的困难和经济消耗, 而且往往因焊接裂纹或变形过大无法矫正而导致产 品的报废。 2 焊接应力与变形的形成过程 焊接应力与变形是由焊接产生的不均匀温度场 而引起的。 假设有一块平板 条( 如图所示) , 在他中心堆置 一条焊缝。 图 1 假定是焊接加热时的情况。 图 2 为焊接以后, 温度恢复到室温时的情况。 与此同时, 由于不均匀加热还会产生垂直焊缝方 向( 横向) 的盈利和变形, 厚度则还产生板厚度方 向的应力。 3 影响焊接应力与变形的主要因素 影响焊接应力与变形的因素主要有两个方面, 图 1 图 2第一个方面是焊缝及其附近不均匀加热的范围和程 度, 也就是产生热变形的范围和程度; 第二个方面是 焊件本身的刚度以及受到周围拘束的程度 图 1 图 2 焊缝尺寸和焊缝数量及为止, 材料的热物理性 能( 导热系数、比热、膨胀系数等) , 焊接工艺方法( 气 焊、手工焊、埋弧焊、气体保护焊等) , 焊接参数( 焊接 电 流 、电 弧 电 压 、焊 接 速 度 等) 以 及 施 焊 方 法( 直 通焊 、跳 焊 、逆 向分段汉等) 等因素影响到焊缝及其附 近区不均加热的范围和程度, 影响到热变形的大小 和分布; 焊接构件的尺寸和形状, 胎夹具的应用, 焊 缝的布置以及装配焊接顺序等因素影响到焊接构件 的刚度和周围的约束程度。一般来说, 焊接构件在约 束小的条件下, 焊接变形达而应力小; 反之, 则焊接 变形小而应力大。 4 焊接残余变形的预防和矫正 4.1 设计措施 4.1.1 尽可能减少焊缝的数量 在设计焊接结构时尽可能减少焊缝的数量, 避 免不必要的焊缝。尽可能用型钢、冲压件来代替焊接 件。例如, 采用压型结构代替筋板结构可以有效防止 薄板的变形。对于自身要求不高的结构间可以适当 增加平板的厚度, 这样可以减少筋板数量, 从而可以 减少焊接和变形的矫正量。 4.1.2 选择合理的焊缝尺寸和形状 1) 对于板厚较大的对接街头偏重取 X 型坡口代 替 V 型坡口, 因为对一定厚度的板, X 型坡口的熔敷 金属量大约比 V 型坡口少 1/2。对于更大板厚的对接 接头可采用 U 型、双 U 型甚至窄间隙深坡口焊缝, 以 减少焊接变形。 2) 在保证结构有足够承载能力的前提下, 应采 用尽可能小的焊缝尺寸。对于不需要进行强度计算 的 T 型焊接接头, 选取最小的工艺上合理的焊缝焊 脚尺寸。在同样最小的焊脚尺寸时, 用断续焊缝比用 连续焊缝更能减少变形。下表为不同厚度低碳钢板 的最小焊缝焊脚尺寸参考表。 低碳钢板的最小焊缝焊脚尺寸参考表 板厚( mm) =6 7~18 19~30 31~50 51~100 最小焊脚( mm) 3 4 6 8 10 3) 对于受力较大的 T 型接头或十字接头, 在保 证相同的强度条件下, 采用开坡口角焊缝比一般角 焊缝可以大大减少焊缝金属, 减少焊接变形。 4) 当按计算确定 T 型接头角焊缝时, 应当采用 连续焊缝, 不要采用于连续焊缝等强度的断续焊缝。 并 应 采 用 双 面 连 续 焊 缝 代 替 等 强 度 的 单 面 连 续 焊 缝, 以减少角焊缝的焊脚尺寸。 5) 设计的结构尽可能使大多数焊缝可采用自动 焊, 此时焊接变形比手工焊小。在薄板结构中采用二 氧化碳保护焊代替手工焊或气焊, 用接触电焊代替 熔化焊缝可减少变形, 建生焊后校正工作。 4.1.3 合理选择结构形式和安排焊缝位置 1) 安排焊缝尽可能对称于截面中心轴, 或者使 焊缝靠近中心轴, 以减少结构总的弯曲变形。焊缝集 中于中心轴一侧, 弯曲变形大, 所以尽量安排对称。 图 3 位两片半圆瓦对接成圆筒, 焊缝对称布置, 弯曲 变形小。而图 4 为钢板弯曲后进行对接, 焊缝在截面 上侧圆筒直径较小时, 焊后引起较大的变形。 图 3 图 42 图 3 图 4 3) 当采用分部件装配和焊接时, 设计时应预先 考虑结构分部件的可能性, 并应使部件总装成结构 时的焊接工作最小, 减少总装时的焊接变形。 4) 在设计薄板结构时, 要考虑不应由于焊接骨 架而失稳。为了提高薄板结构的稳定性和降低波浪 变形, 应当选择合理的平板厚度, 减少骨架间距并降 低骨架焊缝的焊脚。 5) 设计结构时应考虑到采用简单装配焊接胎夹 具的可能。尽量避免设计曲线型结构。