焊接结构产生收缩变形的原因分析,机械自动化范文.doc

焊接结构产生收缩变形的原因分析,机械自

动化-

摘要：焊接结构在焊接过程中将不可避免的会产生焊接变形，焊接变形对结构的生产加工产生了一系列不利的影响，甚至造成结构的报废。焊接变形的类型较多，但不论是何种变形，它们形成的根源是由于焊缝的纵向和横向缩短造成的。本文论述了焊接结构产生纵向和横向收缩变形的主要原因及影响因素。

关键词：焊接结构纵向横向变形原因

1 引言

机械制造工业是国民经济的基础工业，它决定着整个国家的工业生产能力和水平，而焊接技术则是机械制造工业中的关键技术之一。随着现代工业的高速发展，焊接结构的应用也几乎涉及到国民经济的各个领域，如石油与化工机械、超重运输设备、宇航运载工具、车辆与船舶制造、冶金、矿山、建筑结构及国防工业等。但结构在焊接时，往往会产生各种类型的焊接变形，如弯曲变形、角变形、扭曲变形、错边变形等，这些变形形成的根本原因是由于焊缝的收缩造成的。焊接变形会降低焊接结构的承

载能力和使用寿命，而且在焊后要进行大量复杂的矫正工作，严重的甚至造成焊件报废。因此在生产过程中必须控制焊接结构的变形，才能提高产品质量和缩短生产周期，所以研究焊缝产生收缩变形的原因及影响因素具有重要的意义。

2 焊接结构产生焊接变形的根本原因

焊接热过程是一个不均匀加热的过程，在焊接热源的作用下，液态金属周围的温度分布极不均匀，引起焊件各区域不均匀的体积膨胀和收缩，从而产生焊接变形。

3 焊接结构产生收缩变形的原因及影响因素

由于焊接接头的形式、钢板的厚薄、焊缝的长短、焊件的形状、焊缝的位置等原因，会出现各种不同形式的变形，按基本变形的形式不同，焊接结构的变形种类有：

（1）收缩变形

焊件焊后其尺寸的缩短称为收缩变形。它分为纵向收缩变形和横向收缩变形。如图所示

图纵向横向收缩变形

1）纵向收缩变形

纵向收缩变形即沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。这是由于焊缝及其附近区域在焊接高温的作用下产生纵向的压缩塑性变形，待焊件冷却后，这些纵向的压缩塑性变形导致焊件沿焊缝长度方向尺寸缩短，即产生了纵向收缩变形。

纵向收缩变形量的大小主要取决于焊缝的长度、焊件的截面积以及压缩塑性变形区的截面积大小、焊接结构的原始温度及构件的线膨胀系数等。焊件的截面积越大，焊缝的纵向收缩量越小。

焊缝的长度越长，纵向收缩量越大。从这个角度考虑，对结构无密封性要求或结构强度满足要求的情况下，可将连续焊缝改为间断焊缝，对减小焊缝的纵向收缩能起到一定的作用。

压缩塑性变形区的截面积大小主要取决于线能量。对于同样

截面的焊缝可以一次焊成，也可以分几层焊接，但多层焊的每层所采用的线能量比单层焊的小得多，因此多层焊时每层所产生的塑性变形区的截面积比单层焊时小。所以，对截面相同的焊缝，采用多层焊引起的纵向收缩量比单层焊小，分的层数越多，每层的线能量越小，纵向收缩量就越小。

焊接结构的原始温度对焊件的纵向收缩也有影响。一般来说，焊件的原始温度越高，相当于线能量增大，焊接塑性变形区扩大，焊后纵向收缩量增大。但是，当原始温度太高，可能出现相反的情况，因为原始温度过高，焊件的温度梯度减小，温度趋于均匀化，压缩塑性应变下降，可使压缩塑性变形减小，从而使纵向收缩量减小。

构件的线膨胀系数对纵向收缩量也有一定的影响，线膨胀系数大的材料，焊后纵向收缩量也大。

2）横向收缩变形

横向收缩变形系指沿垂直于焊缝轴线方向尺寸的缩短。对于不同的接头形式，横向收缩变形的主要影响因素不同。

①堆焊焊缝及角焊缝的横向收缩

平板上堆焊一条焊缝，在堆焊过程中沿焊缝长度方向不可能同时加热。沿焊缝长度方向各点的温度不一致，焊接热源附近的金属，其热膨胀变形不但受板厚方向较低温度金属的限制，而且

受板宽方向以及板长方向较低温度金属的限制，使其承受压力，因而沿板宽方向上产生压缩塑性变形，使之在厚度方向上增厚，则产生横向收缩变形。

焊接线能量越大，横向收缩量越大；板厚增加，横向收缩量减小。另外，由于每条焊缝是逐步焊成的，先焊的焊缝冷却收缩对后焊的焊缝有一定的挤压作用，使后焊的焊缝横向收缩量更大，因而沿焊接方向上横向收缩量是逐渐增大的，但到一定长度后逐渐趋于稳定，不再增大。

2）对接焊缝的横向收缩

对接接头横向收缩变形量的大小与板厚、材质、拘束情况、焊接线能量、坡口形式和根部间隙等有关。

热导率和热膨胀系数较大的材料，横向收缩量也较大；随着外部施加的拘束力的增加，结构产生的横向收缩量将逐渐减小；当焊接时采用的线能量较大时，焊接区受热面积增大，产生的横向收缩量也较大；当工件坡口间隙增大时，焊缝填充金属量增加，横向收缩量也将随之增加；同一构件，开双Y形坡口比开单边V 形坡口的横向收缩量小，因为单边V形坡口的焊缝截面积较大。

4 结束语

焊缝的收缩变形是焊件最基本的变形形式，所有焊件都不可避免地会产生收缩变形，而结构中一旦出现焊接变形将首先使结

构的尺寸达不到要求，结构的零件或部件由于焊接而引起残余变形，直接降低装配质量；其次过大的残余变形还会增加结构的制造成本，降低焊接接头的性能。如焊件产生较大的变形，则必须进行矫正，比较复杂的变形其矫正工作量很大，从而使生率下降，结构制造成本增加；另外，矫正部位的性能下降，会消耗掉一部分材料的塑性。还有焊件的残余变形会降低结构的承载能力，如压力容器中过大的焊接角变形，会引起较大的附加应力，甚至可能导致脆断事故的发生。因此，实际生产中，必须严格控制焊接变形，使变形量控制在技术要求的范围之内。