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焊接变形的控制方法
1 焊接应力与变形
焊接是一种局部加热的工艺过程。 焊接过程中 以 及 焊 后 , 构 件 不 可 避 免 地 会 产 生 焊 接 应 力 和 变 形。 焊接应力和变形在一定条件下还影响焊接结构 的性能, 如强度、刚度、尺寸精度和稳定性、受压时的 稳定性和抗腐蚀性等。不仅如此, 过大的焊接应力与 变形, 还会大大增加制造工艺中的困难和经济消耗, 而且往往因焊接裂纹或变形过大无法矫正而导致产 品的报废。
2 焊接应力与变形的形成过程
焊接应力与变形是由焊接产生的不均匀温度场 而引起的。
假设有一块平板 条( 如图所示) , 在他中心堆置 一条焊缝。
图 1 假定是焊接加热时的情况。
图 2 为焊接以后, 温度恢复到室温时的情况。 与此同时, 由于不均匀加热还会产生垂直焊缝方 向( 横向) 的盈利和变形, 厚度则还产生板厚度方 向的应力。
3 影响焊接应力与变形的主要因素
影响焊接应力与变形的因素主要有两个方面,
第一个方面是焊缝及其附近不均匀加热的范围和程 度, 也就是产生热变形的范围和程度; 第二个方面是 焊件本身的刚度以及受到周围拘束的程度; 实际上 也就是就是阻止焊缝及其附近加热所产生热变形的 程度。两个方面作用的结果决定了焊缝附近压缩塑 性变形区的大小和分布, 也决定了残余应力与残余 变形的大小。
焊缝尺寸和焊缝数量及为止, 材料的热物理性 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 近区不均加热的范围和程度, 影响到热变形的大小 和分布; 焊接构件的尺寸和形状, 胎夹具的应用, 焊 缝的布置以及装配焊接顺序等因素影响到焊接构件 的刚度和周围的约束程度。一般来说, 焊接构件在约 束小的条件下, 焊接变形达而应力小; 反之, 则焊接 变形小而应力大。
4 焊接残余变形的预防和矫正
设计措施
尽可能减少焊缝的数量
在设计焊接结构时尽可能减少焊缝的数量, 避 免不必要的焊缝。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 薄板的变形。对于自身要求不高的结构间可以适当 增加平板的厚度, 这样可以减少筋板数量, 从而可以 减少焊接和变形的矫正量。
选择合理的焊缝尺寸和形状
1) 对于板厚较大的对接街头偏重取 X 型坡口代 替 V 型坡口, 因为对一定厚度的板, X 型坡口的熔敷 金属量大约比 V 型坡口少 1/2。对于更大板厚的对接 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的前提下, 应采 用尽可能小的焊缝尺寸。对于不需要进行强度计算 的 T 型焊接接头, 选取最小的工艺上合理的焊缝焊 脚尺寸。在同样最小的焊脚尺寸时, 用断续焊缝比用 连续焊缝更能减少变形。下表为不