焊接变形的控制方法

焊接变形得控制方法

1 焊接应力与变形

焊接就是一种局部加热得工艺过程。 焊接过程中 以 及 焊 后 , 构 件 不 可 避 免 地 会 产 生 焊 接 应 力 与 变 形。 焊接应力与变形在一定条件下还影响焊接结构 得性能, 如强度、刚度、尺寸精度与稳定性、受压时得 稳定性与抗腐蚀性等。不仅如此， 过大得焊接应力与 变形, 还会大大增加制造工艺中得困难与经济消耗, 而且往往因焊接裂纹或变形过大无法矫正而导致产 品得报废。

2 焊接应力与变形得形成过程

焊接应力与变形就是由焊接产生得不均匀温度场 而引起得。 假设有一块平板 条( 如图所示) , 在她中心堆置 一条焊缝。 图 1 假定就是焊接加热时得情况。

图 2 为焊接以后, 温度恢复到室温时得情况。 与此同时, 由于不均匀加热还会产生垂直焊缝方 向( 横向） 得盈利与变形, 厚度则还产生板厚度方 向得应力。

3 影响焊接应力与变形得主要因素 影响焊接应力与变形得因素主要有两个方面,

第一个方面就是焊缝及其附近不均匀加热得范围与程 度, 也就就是产生热变形得范围与程度； 第二个方面就是 焊件本身得刚度以及受到周围拘束得程度; 实际上 也就就是就就是阻止焊缝及其附近加热所产生热变形得 程度。两个方面作用得结果决定了焊缝附近压缩塑 性变形区得大小与分布， 也决定了残余应力与残余 变形得大小。

焊缝尺寸与焊缝数量及为止, 材料得热物理性 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 近区不均加热得范围与程度, 影响到热变形得大小 与分布; 焊接构件得尺寸与形状, 胎夹具得应用, 焊 缝得布置以及装配焊接顺序等因素影响到焊接构件 得刚度与周围得约束程度。一般来说， 焊接构件在约 束小得条件下, 焊接变形达而应力小; 反之, 则焊接 变形小而应力大。

4 焊接残余变形得预防与矫正 4、1 设计措施

4、1、1 尽可能减少焊缝得数量

在设计焊接结构时尽可能减少焊缝得数量， 避 免不必要得焊缝。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得变形。对于自身要求不高得结构间可以适当增加平板得厚度, 这样可以减少筋板数量，从而可以减少焊接与变形得矫正量。

4、1、2 选择合理得焊缝尺寸与形状

1)对于板厚较大得对接街头偏重取Ｘ型坡口代替Ｖ型坡口，因为对一定厚度得板，X

型坡口得熔敷金属量大约比Ｖ型坡口少1/2。对于更大板厚得对接接头可采用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得前提下，应采用尽可能小得焊缝尺寸。对于不需要进

行强度计算得Ｔ型焊接接头, 选取最小得工艺上合理得焊缝焊脚尺寸。在同样最小得焊脚尺寸时, 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得最小焊缝焊脚尺寸参考表。

低碳钢板得最小焊缝焊脚尺寸参考表

3) 对于受力较大得T 型接头或十字接头, 在保证相同得强度条件下,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

度得断续焊缝。并应采用双面连续焊缝代替等强度得单面连续焊缝，以减少角焊缝得焊脚尺寸。

5) 设计得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合理选择结构形式与安排焊缝位置

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，以减少结构总得弯

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, 焊后引起较大得变形。

2）由于横向收缩通常比纵向收缩显著, 因此应尽可能将焊缝布置在平行于要求焊接变形较小得方向。

3)当采用分部件装配与焊接时, 设计时应预先考虑结构分部件得可能性，并应使部件总装成结构时得焊接工作最小, 减少总装时得焊接变形。

4）在设计薄板结构时,要考虑不应由于焊接骨架而失稳。为了提高薄板结构得稳定性与降低波浪变形，应当选择合理得平板厚度,减少骨架间距并降低骨架焊缝得焊脚。

5) 设计结构时应考虑到采用简单装配焊接胎夹具得可能。尽量避免设计曲线型结构。采用平面结构可使固定状态下得焊接装备比较简单, 对控制变形比较有利。

4、2 工艺措施

4、2、1反变形

焊接前将结构或部件装配成具有焊接变形相反方向得预先变形。反变形得程度应该能抵消焊后形

成得变形。图5 为反变形情况下得应用:

图5

4、２、2 刚性固定法

对于刚性小得结构,可以通过采用胎夹具或其她临时支承方法,增加结构在焊接时得刚性,达到减小焊接变形得目得。但构件本身刚性越大, 则刚性固定法效果越弱。所以对控制大钢度构件得弯曲变形效果较差。而对角变形与波浪变形较有效。

4、2、3 选用合理得焊接方法得规范

1) 选用能量密度高得焊接方法，如采用二氧化碳气体保护焊、等离子弧焊与手工点弧焊进行薄板焊接，可以

减少变形量。

2) 采用较小得焊接线能量可以减少焊接变形量。但在实际生产中要考虑生产率, 焊接线能量不宜过低。

3）焊接不对称得构件，通过选用不同得焊接参数，可以控制与调节弯曲变形。如图6 所示得截面不对称得梁，焊缝１与２到中心轴得距离ｅ比焊缝3与4 到中心轴得距离f 大焊后引起得变形也大。如果焊缝1 与2采用比焊缝３与 4 小得规范参数分层焊接, 可以就是上下弯曲变形抵消。

图6

４、2、4 选择合理得装配焊接顺序

1) 构件在装配过程中, 侧面中心位置不断发生变化，因而焊接变形也变化。利用这一特点通过把结构适

当得分成部件, 分别装配焊装, 使不对称得焊缝与收缩量较大得焊缝在焊接过程中能比较自由得收缩而不影响整体结构, 然后拼焊成整体。这样有利于控制变形，矫正也比较容易。

2）分布在侧面中心线两侧得焊缝, 一般来说,先焊得一侧焊缝产生得弯曲变形比后焊得一侧焊缝

产生得弯曲变形要大。因此焊接顺序总得规律就是先焊焊缝少得一侧。对于截面形状对称得结构，尽

可能采用对称焊接方法。

4、２、5 防止薄板焊接变形得预拉伸法

在薄板焊接骨架时，采用机械得预拉伸，加热得预拉伸, 或者两者同时使用,使薄板预先得到

拉伸或伸长, 然后在张紧薄板上装配焊接骨架, 可以有效防止波浪变形。

4、３焊接变形得矫正

4、3、1机械矫正法