焊接变形的控制

焊接变形的控制产生变形的原因焊接变形的危害焊接变形的种类和影响因素焊接变形的控制焊接变形的矫正产生变形的原因焊接时，熔化的金属及近缝区母材受热膨胀，产生塑性变形。凝固时，焊缝和近缝区金属收缩。从而产生纵向和横向内应力，此内应力为拉应力。使焊缝纵向和横向收缩，从而使焊件产生变形。由于焊接时热胀冷缩是必然的，所以焊接时产生变形是必然的。我们只能控制但不能完全消除焊接变形。焊接变形的危害1）影响焊件的精度及使用性能；2）降低装配质量,甚至使产品报废;3）降低结构的承载能力；4）影响焊件的美观;5）提高制造成本。焊接变形的种类和影响因素焊接变形的种类：1收缩变形2角变形3弯曲变形4失稳变形(波浪变形)5扭曲变形。收缩变形（1）纵向收缩变形：沿焊缝轴线方向尺寸的缩短（2）横向收缩变形：沿垂直于焊缝轴线方向尺寸的缩短。纵向收缩变形的影响因素1）与截面积有关：焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩量越小2）与长度有关：焊缝的长度越长，焊件的纵向收缩量越大3）与焊接层次有关：多层焊时每层焊缝所产生的压缩塑性变形比单层焊时小。4）与温度有关：焊件的原始温度提高，焊后纵向收缩量增大5）与材料性质有关：线膨胀系数大的材料，焊后纵向收缩量大。横向收缩变形的影响因素1）与热输入有关：横向收缩变形随焊接热输入增大而增加。2）与间隙有关：装配间隙增加，横向收缩也增加。3）与焊接长度有关：焊缝的横向收缩沿焊接方向由小到大，逐渐增大到一定程度后便趋于稳定。4）与拘束程度有关：定位焊缝越长，横向收缩变形量就越小5）与金属填充量有关：对接接头的横向收缩量随焊缝金属量的增加而增加大的。6）与焊缝形式有关：角焊缝的横向收缩要比对接焊缝小得多。几种接头的角变形a)堆焊b)对接接头c)T形接头a)b)c)角变形角变形的影响因素1）与板厚有关：当热输入一定时，板厚越大，角变形越大；2）与热输入有关：板厚一定，热输入增大，角变形也增；3）与坡口形式有关：对接接头坡口截面不对称的焊缝，其角变形大；坡口角度越大，角变形越大4）与焊接顺序有关：焊接顺序也会影响角变形的大小。弯曲变形焊缝的纵向收缩引起的弯曲变形焊缝横向收缩引起的弯曲变形弯曲变形的影响因素主要影响因素就是焊缝位置的不对称，导致受力不均衡，出现弯曲。当焊缝位置对称或接近于截面中性轴，则弯曲变形就比较小。失稳变形（波浪变形）对于薄板件焊接，由于焊缝的收缩会使板面失稳变成波浪形。如下图扭曲变形对于梁式结构或细长构件，由于焊接顺序、焊接方向或装配原因焊后截面向不同的方向倾斜造成构件扭曲变形。焊接变形的控制控制变形的方法：1、合理选择焊接方法和焊接规范2、刚性固定法3、反变形法4、散热法5、热平衡法6、采用合理的焊接顺序和方向合理选择焊接方法和焊接规范选用线能量较低的焊接方法，可以有效地防止焊接变形。例如采用CO2半自动焊来代替气焊和手工电弧焊，不但效率高，而且可以减少薄板结构的变形。焊接电流电压越大，焊件的受热量越大，变形也就越大。对于焊缝不对称的细长构件而言，有时可以通过选用适当的线能量，而不必用任何反变形或夹具克服挠曲变形。刚性固定法1）将焊件固定在刚性平台上2）将焊件组合成刚度更大或对称的结构3）利用焊接夹具增加结构的刚度和拘束4）利用临时支撑增加结构的拘束。反变形法根据生产实践中已发生变形的规律，预先将焊件向相反方向制成变形或预留变形收缩量再进行焊接的方法。焊前焊后散热法散热法又称强迫冷却法。散热法是指在焊接部位放置铜垫板或用水冷却焊接部位背面，把焊接部位的热量迅速散去，使焊缝附近受热面积大大减小，以达到减少焊接变形的目的。散热法不适于具有淬火倾向的产品，否则焊接时易产生裂纹。散热法示意图a)水浸法散热b)散热垫法散热c)喷水法散热a)c)b)热平衡法当焊接某些焊缝不对称布置的结构时，焊后往往会产生弯曲变形。如果在与焊缝的位置上采用气体火焰与焊接同步加热，使加热区和焊缝产生同样的膨胀变形，焊后其一致收缩，则可以防止弯曲变形。采用合理的焊接顺序和方向合理的焊接顺序和方向：先两端，后中间；先内部，后外部；先焊短焊缝，后焊长焊缝；先焊焊缝少的一侧，再焊焊缝多的一侧；对称焊缝保证对称，同向；长焊缝分段倒退焊。焊接顺序对角变形的控制(a)单侧先焊(b)两侧交替焊(c)交替控制焊(d)同时对称焊长焊缝的几种焊接顺序焊接变形的矫正机械矫正法锤击法火焰加热矫正法机械矫正法机械法是指利用压床、辊、千斤顶或者用锤子敲打等手段矫正变形的方法。机械法矫正焊接变形应注意以下事项：对冷裂倾向较大的高强度钢采用此法应慎重，因为机械法矫正易产生冷作硬化。对重要焊件和合金钢焊件，矫正后应仔细检查矫正处有无裂纹。锤击法该法用锤击来延展焊缝及其周围压缩塑性变形区域的金属，达到消除焊接变形的目的。这种方法比较简单，经常用来矫正不太厚的板结构。缺点是劳动强度大，表面质量不好。火焰加热矫正法火焰加热矫正法是利用火焰局部加热，在高温处，材料的热膨胀受到构件本身刚性制约，产生局部压缩塑性变形，冷却后收缩，抵消了焊后在该部位的伸长变形，达到矫正变形之目的。火焰加热可使用普通的气焊焊炬，不需要专用的设备，操作方便，工艺灵活，适应性强。火焰加热矫正法分为：1点状加热法2线状加热法3三角形加热法点状加热法点状加热是采用多个点状火焰对变形构件进行大面积加热的矫正方法。加热点的直径和数目应根据焊件的结构形状和变形情况而定。对于厚板，加热点的直径应大些；薄板的加热点直径则应小些。变形量大时，加热点之间距离应小一些；变形量小时，加热点之间距离应大一些。这种加热方式尤其适用于对薄板波浪变形的矫正。在四周已被约束的板状结构中，板上产生挠曲变形时采用点状加热法图一点加热法加热点线状加热法火焰沿直线缓慢移动或同时作横向摆动，形成一个加热带的加热方式，称为线状加热。线状加热有直线加热、链状加热和带状加热三种形式。线状加热是应用最广泛的火焰加热方式，它可用于矫正角变形、波浪变形和弯曲变形等。(a)直线加热(b)链状加热(b)带状加热直线加热示意图矫正对接焊或者角焊产生的角变形采用线状加热法加热线加热线三角形加热法三角形加热即加热区域呈三角形，一般多用于矫正刚度大，厚度较大的结构的弯曲变形。加热时，三角形的底边应在被矫正结构的拱边上，顶端朝焊件的弯曲方向。矫正板的周围挠曲变形T形接缝的弯曲变形，采用楔形（三角形）加热法。加热区火焰加热矫正的注意事项①矫正变形之前应认真分析变形情况，制定矫正方案，确定加热位置及矫正步骤。②认真了解被矫正结构的材料性质，焊接性好的材料，火焰矫正后材料性能变化也小。对于已经热处理的高强度钢，加热温度不应超过其回火温度。③水冷配合火焰矫正时，应待钢材失去红态后再浇水④加热火焰一般采用中性焰。⑤对具有晶间腐蚀性的不锈钢和淬硬倾向较大的钢材，不宜采用火焰加热矫正。