焊接变形计算公式
机车工字型中梁组焊工装设计及焊接变形控制
由于 中梁各 焊 缝 的焊 角 大 ， 焊 后 产 生 的 纵 其 向收缩 量 △ 直 接 影 响 心 盘 距 、 车体 全 长 尺 寸及 旋 转锁 的组 装 ， 中梁全 长需 预 留出一定 的收缩量 ，
收稿 Ｅ期 ：０ １ ５１ ｔ ２１－ ． ０ ６
基 金项 目： 宁省科技计划 资助项 目（， ９ ２０ ７ 辽 ２０ ２ ０ １ ） ０ 作 者简介 ： 傅利斌 （９ ０一） 男 ， １７ ， 副教授 ， 士研究生 博
于 ５ｍ 旁 弯 只允 许 凸 向外 侧 ， 字 形截 面 的角 ｍ， 工
变形 应 加 以控制 ．
焊接 性 良好 ， 泛 应 用 于桥 梁 、 辆 、 帕 、 筑 、 广 车 船 建 压力 容 器 等． 中梁 焊 接 采 用 富 氩 气 体 （０ Ａ ＋ ８％ ｒ
２ ％Ｃ 保护 的焊接 方法 ， ０ Ｏ） 操作 简单 、 生产效率 高、 熔深 好 、 焊接 变形 和 飞溅小 、 焊缝 成形 美 观 、 对 油和锈的敏感性很低等优点． 焊接材料： 用牌号 选 Ｅ ５ — 气体保护焊丝 ， Ｒ ０６ 焊丝 的价格低 廉 ， 焊接成 本低 ．
对于工 字型 中梁 钢结构 的组对 和焊接 ， 其关键 在于控制组 对尺寸 和焊接变形 ． 组对 尺寸可 采用工 装 保证 ， 接变形 一 般 可采 用合 理 的焊接 工 艺 、 焊 反
２ 组对焊接难点分析、 计算及解决措施
中梁是 鱼腹 形 变截 面 工 字 梁结 构 ， 底 架 主 为 要 的承 载部件 ． 中梁 总 长度 为 １ ０ ｍ， 有 四 ６４０ｍ 共
条焊缝 ， 焊接量大． 其制造难点 为： 中梁是鱼腹 ①
形变 截 面工字 梁结 构 ， 其上 下盖 板厚度 不一 ， 且 上
焊接变形测量方法
焊接变形测量方法1.直尺测量法直尺测量法是一种简单直观的测量方法，它通过选取焊接件上的几个关键点，使用直尺等测量工具，测量这些点在焊前和焊后的位置变化，并计算变形量。
这种方法适用于接头尺寸较小的焊接件，能准确测量到焊接变形的大小和方向，但不能确定整体位移和扭曲等较为复杂的变形情况。
2.光栅测量法光栅测量法是一种非接触式的测量方法，它使用光栅传感器对焊接件进行测量。
测量时，将光栅传感器固定在参考平面上，然后通过采集光栅传感器上的位移数据来获取焊接变形信息。
这种方法无需接触焊接件，对焊接件的变形不产生任何干扰。
同时，光栅测量法还能实时监测焊接过程中的变形情况，为焊接参数的调整提供有力依据。
3.全息干涉法全息干涉法利用激光全息技术进行测量，它通过记录焊接件前后的光干涉图像，来获取焊接变形的信息。
测量时，将参考平面和焊接件放置在同一平面上，然后使用激光记录焊前和焊后的全息图像，通过计算两幅全息图像的差异来获取焊接变形。
这种方法适用于各种焊接材料和工艺，对于较大的焊接变形有较好的可测量性。
4.三角测量法三角测量法是通过三角关系来测量焊接变形的方法。
测量时，首先在焊前确定一个基准平面并选取几个点，然后在焊后测量这些点的位置，并计算其与基准平面之间的夹角和距离。
通过对比两套数据，可以获得焊接变形的大小和方向。
这种方法简单易行，适用于焊接件尺寸较小且结构简单的情况。
综上所述，焊接变形测量方法有直尺测量法、光栅测量法、全息干涉法和三角测量法等。
每种方法都有其适用范围和特点，可以根据具体情况选择合适的方法进行测量。
在进行焊接变形测量时，还应注意测量精度的控制和测量结果的分析，以便更好地评估焊接质量和改进焊接工艺。
消除焊接变形的方法
焊接变形是焊接过程中常见的问题，它可能对焊接结构的形状、尺寸、精度和稳定性产生不利影响。
为了消除焊接变形，可以采取以下几种方法：
反变形法：在焊接前或焊接过程中，人为地使焊件产生与焊接变形相反的变形，以抵消焊接变形。
这种方法需要在焊接前或焊接过程中精确计算和控制反变形量，才能达到预期的效果。
刚性固定法：将焊件固定在具有足够刚性的夹具或支撑物上，以防止焊接变形。
这种方法适用于小型、简单的焊件，但对于大型、复杂的焊件，由于刚性固定可能会产生较大的应力，因此需要采取其他措施来消除应力。
锤击法：在焊接过程中，使用锤击或振动焊件的方法来消除焊接变形。
这种方法需要在焊接过程中精确控制锤击或振动的力度和频率，以避免对焊件造成过大的损伤。
加热法：在焊接前或焊接过程中，对焊件进行局部或整体加热，以消除焊接变形。
这种方法需要在加热过程中精确控制加热的温度和范围，以避免对焊件造成过大的损伤。
机械校正法：在焊接后，使用机械工具对焊件进行校正，以消除焊接变形。
这种方法需要在机械校正过程中精确控制校正的力度和方向，以避免对焊件造成过大的损伤。
化学校正法：在焊接后，使用化学剂对焊件进行校正，以消除焊接变形。
这种方法需要在化学校正过程中精确控制化学剂的种类、浓度和作用时间，以避免对焊件造成过大的损伤。
以上是消除焊接变形的几种常见方法，可以根据不同的焊接情况选择合适的方法。
无论采用哪种方法，都需要在焊接过程中严格控制工艺参数，以避免产生过大的焊接变形。
《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》说明
《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》------配套光盘例题选用说明第一组：DATA6:移动焊接源模型温度计算例题DATA7:固定焊接源模型温度计算例题该组的例题可以比较不同热源模型下不同的温度场计算结果，计算结果只有温度场，无应力、变形等计算结果。
在该组，可以改变热源参数，如不同的体积热流密度输入对温度场分布的影响。
第二组：DATA8: 槽焊接固定焊接热源模型温度计算例题DATA9：槽焊接热弹塑性法的热应力和残余应力计算例题DATA8用来计算温度场，DATA9用来计算应力场，用该题来计算槽焊接的残余应力及残余塑性应变，由此例题计算出的残余塑性应变称为固有应变。
用该例题亦可用来比较曹焊和对板焊接时，由于焊接模型不同导致的结果的不同。
DATA9计算结果中可以看出最高温度，直观显示不同时刻（就3个）显示残余应力/残余塑性应变在焊接方向、横向的分布，以及最大最小值，判断不同部位的压缩/拉伸变形、应力区域。
第三组：DATA11: 对接焊接移动焊接热源模型温度计算例题DATA12：对接焊接热弹塑性法的变形应力计算例题DATA11用来计算温度场，可以按照温度分布，分析熔池范围、HZA范围、力学的熔点范围以及最高达到温度，并可根据计算结果作简单的讨论。
在此例题中，可手动改动材料输入数据，研究不同的材料输入参数（如定材料物性参数、变物性参数以及不同的材料钢铁、铝合金等），以及改变热源参数对结果的影响。
手动改动材料参数在文件名为“inp”的文件中修改，可用“记事本”打开。
DATA12用来计算焊接的热变形、热应力以及残余变形、残余应力以及残余塑性应变，改变参数，研究其对结果的影响。
第四组：DATA19厚板表面堆焊焊接的固定焊接热源模型温度计算例题DATA20厚板表面堆焊焊接热弹塑性的焊接角变形再现计算例题该例题主要是用来考察在厚板焊接的情况下的温度分布和角变形计算。
建议：1.建议可以用DATA11、DATA12来进行基础训练，改动参数比较其计算结果部分可以用来做为提高训练，提高训练部分也可以选用其他不同的组，比较相同焊接工艺不同的焊接模型（如对焊、堆焊、角焊情况的差异）对于计算结果的影响。
焊接结构反变形的有限元法计算
皂 Ｉ ｒ ａ ｊ ｎ ｍｅ ｌ ｈ ｏ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ ８ ｕ ｌ ｔ ｓ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｗｅ ｌ ｄ ｅｄ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅｓ ；ａ ｎ ｔ ｉ — ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａｔ ｉ ｏ ｎ：ｆ ｉｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｎａ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ；ｉ ａ ｈ ｅ ｌ ＇ ｅ ｒ ｌ ［ｓ ｔ ｒ ａｉ ｎ
１ 前 言
众 所周 知 ， 焊 接 变 形 的控 制 一 直 是 焊接 结 构 生产 中一大 难题 。在实 际生 产 中应用各 种措 施来 减少焊 接残 余变 形 ， 其 中反 变形 法 是 最 常 见 的 方
２ 反 变形 的有 限元 计 算 法
对于简单 的 结 构 ， 近 似 的可 以认 为 反 变形 量
为：
ＡＤ。 （ Ｘ ， ，ｚ ）＝ （ Ｘ ， ，ｚ ）＋ （ ， ， ｚ ）一 Ｄ（ ， ｙ ， ｚ）
ｍ ｅ ｓ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｆ ｒ ａ ｕ ｔ ａ ｒ ｅ Ｍ ｅ ｃ ｏｎ ｈ ｉ ｅ ｓ ， １ ９ ９ ２ ． ４ ｌ （ ２ ） ．
表 １ 最 大 误 差 变化 情 况 ｍ ｍ
图 １ 反变 形 计 算 流 程 图
如果误 差 Ａ Ｄ ＜Ａ ｍ ａ ｘ ， 则 Ｐ （ 置， ， Ｚ ）就 是 最终 的理想 反 变 形 形 状 ， 反 之 则 必 须 对 反 变 形
形状加 以修 正 ， 在前 一 步 所得 的反 变 形 形状 基 础
热 弹塑 性有 限元 法 计 算量 非 常大 ， 只 能适 用 于一些 简单 的构件 ， 所 以这里仅 以平板为 例 ， 说明 用 热 弹塑性有 限元 法计算 反变 形 的方法 。 ３． １ 计 算 模型及 方 法 本 研究假 定 的对象为 １ ０ ０ ０ ｍ ｍ×１ ０ ０ ０ ｍ ｍ× １ ２ ｍ ｍ 的 板上 堆 焊 。材 料 为软 钢 ， 其 热 物理 及 力 学性 能 随温度 变化 。焊接 速 度 为 ７ ． ０ ｍ ｍ ／ ｓ ， 线 能 量为 ８ ６ ４ ． ０ Ｊ ／ ａ ｒ ｍ。用 通用 软 件 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ计 算 ， 温 度计 算 选用 Ｄ Ｃ ３ Ｄ ８单元 ， 力 学 计算 选用 Ｃ ３ Ｄ ８ Ｉ 单 元 由于对称 性 ， 仅对二 分之 一板模 型化 。 ３． ２ 计 算 结果
管汇预制中常见问题分析和控制措施
2021年03月江汉石油职工大学学报Journal of Jianghan Petroleum University of Staff and Workers第34卷第2期管汇预制中常见问题分析和控制措施全杰，陈杰，张耀东，马斌(中石化江汉油田分公司采油气技术服务中心，湖北潜江433123 )[摘要]管汇安装一般按照材料准备一分体预制一总装一焊接一校验和矫形的工序进行，须要把控每一环节 的质量，以达到横平竖直一条线的安装要求。
分析管汇预制中引起变形的节点问题，发现其主要原因是预制过程 中的冷热变形；尝试从设计和工艺两个方面来解决变形问题，并根据变形特点采取合理的开孔、合理的焊接、合理 的组对等方法控制变形量。
钟52 —3、马13 — 1 — 1等采油井的试验表明，措施后阀组变形量平均控制在2. 33mm , 相比前期平均变形量6mm ,变形量减少3. 67mm ,有效提高预制质量。
[关键词]管汇预制；管汇安装；焊接变形；分体预制[中图分类号]TU 758.W [文献标识码]A [文章编号]1009—301X (2021)02—0〇43—03DOI ： 10. 3969/j . issn . 1009-301X . 2021. 02. 014在油田地面工程建设中，管汇预制是控制质量的重要 工序。
在预制及安装过程中由于下料的准确性、装配和组 对的方法、焊接应力等的影响，管汇在成型后常常产生起 拱、旁弯、角变形等。
由于管汇各分体结构及焊缝之间的 关联性，其变形矫正起来费时费力。
笔者分析了管汇预制 过程中常见问题,提出相应的控制措施，以期通过技术处 理来提高工程质量，提高劳动效率及经济效益。
1管汇预制的质量标准管汇安装必须达到横平竖直一条线，安装工艺要求高，施工难度大。
管汇安装施工必须按照规定的施 工程序进行，不得随便更改施工顺序，同时要做好工序 交接，将质量控制措施贯穿其中，确保每道工序所产生 的误差都控制在标准范围之内（表1)。
焊接变形
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δ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）（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。
焊接变形收缩余量计算公式
焊接变形收缩余量计算公式焊接变形是指焊接过程中由于热输入和冷却引起的零部件形状和尺寸的变化。
焊接变形是焊接过程中不可避免的现象，可能对焊接结构的质量和使用性能产生影响。
焊接变形主要包括热变形和性能变形两种。
热变形是焊接过程中零件受热影响而发生的变形，其主要原因是焊接过程中产生的热输入引起局部热膨胀和相邻零件的热收缩差异。
性能变形是指焊接后零件的结构和力学性能发生的变化，主要包括硬化、脆化和变软等。
为了控制焊接变形，需要对焊接变形进行预测和计算。
焊接变形的计算公式一般根据焊接变形的特点和计算方法来确定，下面是一些常用的焊接变形计算公式：1.热输入计算公式：热输入是指单位长度或单位面积的焊接线能量，计算公式如下：Q=I*V*t其中，Q为焊接热输入量，单位为焦耳/单位长度或单位面积；I为电弧电流，单位为安培；V为电弧电压，单位为伏特；t为焊接时间，单位为秒。
2.热应变计算公式：焊接过程中由于热输入引起的热应变可以通过以下计算公式来计算：ε=α*ΔT*L其中，ε为热应变，单位为无量纲；α为材料的热膨胀系数，单位为1/°C；ΔT为焊接前后材料的温度差，单位为摄氏度；L为焊接长度或宽度，单位为米。
3.残余应力计算公式：焊接过程中由于热膨胀和冷却引起的残余应力可以通过以下计算公式来计算：σ=E*α*ΔT*L其中，σ为焊接零件上的残余应力，单位为帕斯卡；E为材料的弹性模量，单位为帕斯卡；α为材料的热膨胀系数，单位为1/°C；ΔT为焊接前后材料的温度差，单位为摄氏度；L为焊接长度或宽度，单位为米。
4.收缩量计算公式：焊接过程中由于热收缩引起的收缩量可以通过以下计算公式来计算：ΔL=β*ΔT*L其中，ΔL为焊接零件的收缩量，单位为米；β为材料的线性热膨胀系数，单位为1/°C；ΔT为焊接前后材料的温度差，单位为摄氏度；L 为焊接长度或宽度，单位为米。
需要注意的是，以上计算公式仅为一般情况下的近似计算公式，实际焊接变形受到多种因素的影响，包括焊接材料的性质、焊接工艺参数、焊接结构形式等，因此在实际应用中需要根据具体情况进行调整和修正。
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焊接变形收缩始终是一个比较复杂的问题，对接焊缝的收缩变形与对接焊缝的坡口形式、对接间隙、焊接线的能量、钢板的厚度和焊缝的横截面积等因素有关，坡口大、对接间隙大，焊缝截面积大，焊接能量也大，则变形也大。
为了给设计人员提供一定的参考，贴几个公式：
1、单V对接焊缝横向收缩近似值及公式：
y = *e^（）
y＝收缩近似值
e＝
x＝板厚
2、script id=text173432>双V对接焊缝横向收缩近似值及公式：
y = *e^（）
y＝收缩近似值
e＝
x＝板厚
3、
4、
5、
6、
1、预热处理是为了防止裂纹，同时兼有一定改善接头性能的作用，但是预热也恶化劳动条件，延长生产周期，增加制造成本。
过高预热温度反会使接头韧性下降。
预热温度确定取决于钢材的化学成分、焊件结构形状、约束度、环境温度和焊后热处理等。
随着钢材碳当量、板厚、结构约束度增大和环境温度下降，焊前预热温度也需相应提高。
焊后进行热处理的可以不预热或降低预热温度。
Q345焊接的预热温度板厚≤40mm，可不预热；
板厚＞40mm，预热温度≥100度（以上为理论参考）2、焊接变形收缩始终是一个比较复杂的问题，对接焊缝的收缩变形与对接焊缝的坡口形式、对接间隙、焊接线的能量、钢板的厚度和焊缝的横截面积等因素有关，坡口大、对接间隙大，焊缝截面积大，焊接能量也大，则变形也大。
具体经验公式见附件！
3、低合金钢接头焊接区的清理是一项不可忽视的工作，是建立低氢环境的主要环节之一。
若直接在焊件切割边缘和切割坡口上的焊接接头，则焊前必须清理干净切割面得氧化皮盒熔化金属的毛刺，必要时可用砂轮打磨。
如果焊件表面未经喷丸、喷砂等预处理，则在焊缝两侧的内外表面必须用砂轮打磨至露出金属光泽。
焊条电弧焊接头的打磨区要求每侧为20mm，埋弧焊为30mm。