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一. 焊接變形的原因和類型

 

焊接變形產(chǎn)生的原因：

焊接變形就是指在焊接過程及焊后，焊件產(chǎn)生的變形。

焊接時，熔化的金屬及近縫區(qū)母材后熱膨脹，產(chǎn)生塑性變形。凝固時，焊縫和近縫區(qū)金屬收縮。從而產(chǎn)生縱向和橫向內(nèi)應(yīng)力，此內(nèi)應(yīng)力為拉應(yīng)力。使焊縫縱向和橫向收縮，從而使焊件產(chǎn)生變形。由于焊接時熱脹冷縮是必然的，所以焊接時產(chǎn)生的變形是必然的。我們只能控制但不能完全消除焊接變形。

 

焊接變形的危害：

1. 影響焊件的精度及使用性能；

2. 降低裝配質(zhì)量，甚至使產(chǎn)品報廢；

3. 降低結(jié)構(gòu)的承載能力；

4. 影響焊件的美觀；

5. 提高制造成本。

 

焊接變形的種類：

焊接變形的種類：1.橫向收縮；2.縱向收縮；3.旋轉(zhuǎn)變形；4.橫向彎曲變形（角變形）；5.縱向彎曲變形；6.扭曲變形；7.波浪變形（失穩(wěn)變形）。

 

1. 橫向收縮

橫向收縮是指與焊接線成直角方向上的長度縮小的變形。

收縮量會因板厚、坡口形式以及根部間隙等形成的坡口截面積也就是熔敷量而異。

橫向收縮變形的影響因素：

（1） 與熱輸入有關(guān)：橫向收縮變形隨焊接熱輸入增大而增加。

（2） 與間隙有關(guān)：裝配間隙增加，橫向收縮也增加。

（3） 與焊接長度有關(guān)：焊縫的橫向收縮沿焊接方向由小到大，逐漸增大到一定程度后便趨于穩(wěn)定。

（4） 與拘束程度有關(guān)：定位焊縫越長，橫向收縮變形量就越小。

（5） 與金屬填充量有關(guān)：對接接頭的橫向收縮量隨著焊縫金屬量的增加而增大的。

（6） 與焊縫形式有關(guān)：角焊縫的橫向收縮要比對接焊縫小得多。

 

2. 縱向收縮

縱向收縮變形：沿焊縫軸線方向尺寸的縮短。

縱向收縮變形的影響因素：

（1） 與截面積有關(guān)：焊件的截面積越大，焊件的縱向收縮量越小

（2） 與長度有關(guān)：焊縫的長度越長，焊件的縱向收縮量越大；

（3） 與焊接層次有關(guān)：多層焊時，每層焊縫所產(chǎn)生的壓縮塑性變形比單層焊時小。

（4） 與溫度有關(guān)：焊件的原始溫度提高，焊后縱向收縮量增大。

（5） 與材料性質(zhì)有關(guān)：線膨脹系數(shù)大的材料，焊后縱向收縮量大。

 

3. 旋轉(zhuǎn)變形

旋轉(zhuǎn)變形是指在焊接正在進行的過程中尚未進行焊接部分的坡口加寬或者變窄的變形。

通過堅強牢固的定位可有效地防止旋轉(zhuǎn)變形。

 

4. 橫向彎曲變形（角變形）

橫向彎曲變形一般叫角變形。是由于焊接時表面與背面的熔敷量的不同以及板厚方向上的溫度變化不同造成的。

 

角變形的影響因素:

（1） 與板厚有關(guān)：當(dāng)熱輸入一定時，板厚越大，角變形越大。

（2） 與熱輸入有關(guān)：板厚一定，熱輸入增大，角變形也增大。

（3） 與坡口形式有關(guān)：對接接口坡口截面不對稱的焊縫，其角變形大，坡口角度越大，角變形越大。

（4） 與焊接順序有關(guān)：焊接順序也會影響角變形的大小。

 

5. 縱向彎曲變形

縱向彎曲變形是指在堆焊或者角焊時，焊縫偏離構(gòu)建橫截面的中心線（中心軸線）時所造成的撓曲變形。

 

6. 扭曲變形

對于梁式結(jié)構(gòu)或細(xì)長構(gòu)件，由于焊接順序、焊接方向或裝配原因焊后截面向不同的方向傾斜造成構(gòu)件扭曲變形。

 

7. 波浪變形（失穩(wěn)變形）

對于薄板件焊接，由于焊縫的收縮會使板面失穩(wěn)變成波浪形。如下圖：

 

二. 焊接變形的控制

焊接變形是材料不均勻受熱造成的，在使用各種高溫?zé)嵩催M行加熱，熔融的焊接中，發(fā)生變形是不可避免的。

控制變形的方法有：（1）選擇正確的焊接方法； （2）盡量采用小的規(guī)范焊接；（3）剛性固定法；（4）反變形法；（5）散熱法；（6）錘擊法（振動法）；（7）采用合理的焊接順序和方向。

 

（1）選擇正確的焊接方法

焊接變形程度與焊接受熱狀況有關(guān)。

受熱面積越大，受熱越不集中變形越大。

焊接條件允許的情況下，為控制變形應(yīng)盡量采用氣體保護焊。CO2氣體保護焊即是其中一種。

（2）盡量采用小規(guī)范焊接

焊接電流電壓越大，焊件的受熱量越大，變形也就越大。

在滿足焊接質(zhì)量要求的情況下，盡量采用小規(guī)范焊接。

（3）剛性固定法

剛性固定法也稱約束法。

剛性固定法是利用工裝夾具或加臨時支撐對工件進行機械式固定，等焊接結(jié)束工件冷卻后再取下。

采用強制性約束會增大工件的殘余應(yīng)力，也可能導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，必要時要采用回火處理。

（4）反變形法

根據(jù)生產(chǎn)實踐中已發(fā)生變形的規(guī)律，預(yù)先將焊件向相反方向制成變形或預(yù)留變形收縮量再進行焊接的方法。

（5）散熱法

散熱法又稱強迫冷卻法。

散熱法是指在焊接部位放置銅墊板或用水冷卻焊接部位背面，把焊接部位的熱量迅速散去，使焊縫附近受熱面積大大減小，以達到減少焊接變形的木的。

散熱法不適于具有淬火傾向的產(chǎn)品，否則焊接時易產(chǎn)生裂紋。

（6）錘擊法（振動法）

錘擊法是指焊接后立即用錘對焊縫進行錘擊展延以防熔敷金屬收縮減少變形的方法。

（7）采用合理的焊接順序和方向

合理的焊接順序和方向：向兩端，后中間；向內(nèi)部，后外部；

先焊短焊縫，后焊長焊縫；先焊焊縫少的一側(cè)，在焊焊縫多的一側(cè)。對稱焊縫保證對稱，同鄉(xiāng)；長焊縫分段倒退焊。

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三. 焊接變形的矯正

焊接變形的矯正方法有機械矯正法、錘擊法和火焰加熱矯正法

1. 機械矯正法

機械法是指利用壓床、輥、千斤頂或者用錘子敲打等手段矯正變形的方法。

 

機械法矯正焊接變形應(yīng)注意以下事項：

（1）對冷裂傾向較大的高強度鋼材用此法應(yīng)慎重，因為機械法矯正易產(chǎn)生冷作硬化。

（2）對重要焊件和合金鋼焊件，矯正后應(yīng)仔細(xì)檢查矯正處有無裂紋。

 

2. 錘擊法

該法用錘擊來延展焊縫及其周圍壓縮塑性變形區(qū)域的金屬，達到消除焊接變形的目的。

這種方法比較簡單，經(jīng)常用來矯正不太厚的板結(jié)構(gòu)。

缺點是勞動強度大，表面質(zhì)量不好。

 

3. 火焰加熱矯正法

火焰加熱矯正法是利用火焰局部加熱，在高溫處，材料的熱膨脹收到構(gòu)件本身剛性制約，產(chǎn)生局部壓縮塑性變形，冷卻后收縮，抵消了焊后再該部位的伸長變形，達到矯正變形之目的。

火焰加熱可使用普通的氣焊焊炬，不需要專用的設(shè)備，操作方便，工藝靈活，適應(yīng)性強。

 

火焰加熱矯正法分為點狀加熱法和線狀加熱法兩種：

（1） 點狀加熱法

點狀加熱是采用多個點狀火焰對變形構(gòu)件進行大面積加熱的矯正方法。加熱點的直徑和數(shù)目應(yīng)根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)形狀和變形情況而定。對于厚板，加熱點的直徑應(yīng)大些；薄板的加熱點直徑則應(yīng)小些。變形量大時，加熱點之間距離應(yīng)小一些；變形量大小時，加熱墊之間距離應(yīng)大一些。這種加熱方式尤其適用對薄板波浪變形的矯正。

在四周已被約束的板狀結(jié)構(gòu)中，板上產(chǎn)色和那個撓曲變形時采用點狀加熱法。

 

（2） 線狀加熱法

火焰沿直線緩慢移動或同時作橫向擺動，形成一個加熱帶的加熱方式，稱為線狀加熱。線狀加熱帶的加熱方式，稱為線狀加熱。線狀加熱有直線加熱、鏈狀加熱和帶狀加熱三種形式。線狀加熱是應(yīng)用最廣泛的火焰加熱方式，它可用于矯正角變形、波浪變形和彎曲變形等。

 

（3） 三角形加熱法

三角加熱法即加熱區(qū)域呈三角形，一般多用于矯正剛度大，厚度較大的結(jié)構(gòu)的彎曲變形。加熱時，三角形的底邊應(yīng)在被矯正結(jié)構(gòu)的拱邊上，頂端朝焊件的彎曲方向。

矯正板的周圍撓曲變形T形接縫的彎曲變形，采用楔形（三角形）加熱法。

 

火焰加熱矯正的注意事項：

1. 矯正變形之前應(yīng)認(rèn)真分析變形情況，制定矯正方案，確定加熱位置及矯正步驟。

2.認(rèn)真了解被矯正結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)，焊接性好的材料，火焰矯正后材料性能變化也小。對于已經(jīng)熱處理的高強度鋼，加熱溫度不應(yīng)超過其回火溫度。

3. 水冷配合火焰矯正時，應(yīng)待鋼材失去紅態(tài)后再澆水

4. 加熱火焰一般采用中性焰

5. 對具有晶間腐蝕性的不銹鋼和淬硬傾向較大的鋼材，不宜采用火焰加熱矯正。

 

四. 減少焊接殘余應(yīng)力的方法

凡是焊接結(jié)構(gòu)件在焊接結(jié)束后，均存在殘余內(nèi)應(yīng)力。隨著時間的推移，這一部分內(nèi)應(yīng)力會逐步釋放，從而造成焊件的焊接變形。

 

消除應(yīng)力的方法有：去應(yīng)力退火法，自然時效法和機械法。

1. 消除應(yīng)力退火

整體消除應(yīng)力退火：工件整體放入退火爐中，加熱到650～700℃，保溫，緩慢冷卻到室溫。

局部消除應(yīng)力退火：用烘槍加熱焊縫附近母材到650～700℃，保溫，自然冷卻到室溫。

2. 自然時效：焊后將工件噴上底漆放于室外自然環(huán)境中經(jīng)3～6個月的風(fēng)吹、日曬、雨淋使內(nèi)應(yīng)力慢慢釋放再對工件進行加工或安裝。

3. 機械法：用振動或錘擊的方法消除內(nèi)應(yīng)力。