焊接残余变形.ppt

3.4 焊接残余变形焊接残余变形的分类：分七类㈠纵向收缩变形 ㈡横向收缩变形㈢挠曲变形㈣角变形 ㈤波浪变形：薄板易发生㈥错边变形：长度方向和厚度方向㈦螺旋形变形焊接变形影响结构尺寸的准确、美观可能降低结构承载能力（附加弯曲应力）焊接变形可能降低结构承载能力举例二二、纵向收缩变形以及它引起的挠曲变形产生原因：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，焊件冷却后这个区域要收缩，于是引起纵向收缩变形假想力作用在塑性变形区上焊件纵向收缩的影响因素•纵向收缩变形量一般随长度的增加而增加；•焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩量越小；•纵向收缩变形量还取决于材料的弹性模量、压缩塑性变形区的面积和压缩塑性变形量等影响压缩塑性变形量的因素？•压缩塑性变形量与纵向收缩变形量成正比；•其大小与焊接方法、焊接参数、焊接顺序以及母材的热物理性质有关，•其中以热输入影响最大 •一般情况下，压缩塑性变形量与热输入成正比 线能量对焊接纵向变形的影响:多层焊与单层焊但多层焊所引起的总变形量并不等于各层焊缝之和，因为各层所产生的塑性变形区面积是相互重叠的 多层焊时每层焊缝所产生的压缩塑性变形区面积比单层焊时小。

原始温度对焊件纵向收缩的影响•一般来说，焊件的原始温度提高，相当于热输入增大，焊后纵向收缩量增大•但是，当原始温度高到某一程度，可能会出现相反的情况：因为随着原始温度的提高，焊件上的温差减小温差减小，温度趋于均匀化均匀化，压缩塑性变形率下降，可使压缩塑性变形量减小，从而使纵向收缩量减小 焊件材料的线膨胀系数的影响•线膨胀系数大的材料，焊后纵向收缩量大，如不锈钢和铝比碳钢焊件的收缩量大等细长构件纵向收缩量的经验公式估算:单层焊的纵向收缩量多层焊的纵向收缩量两面角焊缝丁字接头 再乘以系数1.15~1.40钢制构件的挠度估算单道焊缝引起的挠度:多层焊和双面角焊缝引起的挠度:三、横向收缩变形及其产生的挠曲变形Ø在热源附近的金属受热膨胀，受周围较冷金属的约束而承受压应力，在板宽方向上产生压缩塑性变形，并使其厚度增加，结果表现为横向收缩Ø产生横向收缩变形的过程比较复杂，影响因素很多，如热输入、接头形式、装配间隙、板厚、焊接方法以及焊件的刚性等，其中以热输入、装配间隙、接头形式等影响最为明显㈠堆焊及角焊缝角焊缝的横向收缩要比对接焊缝的横向收缩小得多同样的焊缝尺寸，板越厚，横向收缩变形越小。

角焊缝的横向收缩横向收缩变形的影响因素•不管何种接头形式，其横向收缩变形量总是随焊接热输入增大而增加•装配间隙对横向收缩变形量的影响也比较大，且情况复杂：一般来说，随着装配间隙的增大，横向收缩也增加•另外，横向收缩量沿焊缝长度方向分布是不均匀的：因为先焊的焊缝冷却收缩对后焊的焊缝有一定挤压作用，使后焊的焊缝横向收缩量更大——一般来说，焊缝的横向收缩沿焊接方向是由小到大，逐渐增大到一定长度后便趋于稳定;由于这个原因，生产中常将一条焊缝的两端头间隙取不同值，后半部分比前半部分要大1～3mm•横向收缩的大小还与装配后定位焊和装夹情况有关：定位焊焊缝越长，装夹的拘束程度越大，横向收缩变形量就越小横向收缩变形与线能量和板厚的关系横向收缩在焊缝长度方向上的分布㈡对接接头留有间隙的平板对接焊的横向变形不留间隙的平板对接焊的横向变形对接接头的横向收缩量•对接接头的横向收缩量随焊缝金属量焊缝金属量的增加而增大；•热输入、板厚和坡口角度热输入、板厚和坡口角度增大，横向收缩量也增加，但是板厚的增大板厚的增大会使接头的刚度增大，可以限制焊缝的横向收缩，使横向收缩量减少•多层焊时，先焊的焊道引起的横向收缩较明显，后焊焊道引起的横向收缩量逐层减小。

•焊接方法焊接方法对横向收缩量也有影响：如相同尺寸的构件，采用埋弧自动焊比采用焊条电弧焊时横向收缩量小；气焊的横向收缩量比电弧焊的大沿焊缝纵向热变形对横向变形的影响四、角变形产生原因：横向收缩在厚度方向上的不均匀分布平板堆焊时，在钢板厚度方向上的温度分布是不均匀的:温度高的一面受热膨胀较大，另一面膨胀小甚至不膨胀1）平板堆焊的角变形由于焊接面膨胀受阻，出现较大的压缩塑性变形，这样，冷却时在钢板厚度方向上产生收缩不均匀的现象，焊接一面收缩大，另一面收缩小，所以产生角变形（1）平板堆焊的角变形•角变形的大小与焊接热输入、板厚等因素有关，当然也与焊件的刚性有关•当热输入一定，板厚越大，厚度方向上的温差越大，角变形增加；•但当板厚增大到一定程度，此时构件的刚性增大，抵抗变形的能力增强，角变形反而减小•板厚一定时，热输入增大，压缩塑性变形量增加，角变形增加；•但热输入增大到一定程度，堆焊面与背面的温差减小，角变形反而减小1）平板堆焊的角变形的影响因素㈡对接接头的角变形对接焊层数与角变形的关系（2）对接接头的角变形•对接接头的角变形主要与坡口形式、坡口角度、焊接层数、焊接顺序等有关。

•坡口截面不对称的焊缝，其角变形大，因而用X形坡口代替V形坡口，有利于减小角变形；•坡口角度越大，焊缝横向收缩沿板厚分布越不均匀，角变形越大 •同样板厚和坡口形式下，多层焊比单层焊角变形大，多层多道焊比多层焊角变形大•另外，坡口截面对称，采用不同的焊接顺序，产生的角变形大小也不相同，X形坡口对接接头，先焊完一面后翻转再焊另一面，焊第二面时，焊件刚性增加，焊接时所产生的角变形小于第一面产生的角变形，最终产生一定的残余角变形对接多层焊防止角变形方法先在一面少焊几层，然后翻转过来焊满另一面，使其产生的角变形稍大于先焊的一面，最后再翻转过来焊满第一面，这样就能以最少的翻转次数来获得最小的角变形或：应先焊焊接量少的一面，后焊焊接量多的一面，并且注意每一层的焊接方向应相反图2-10 角变形与焊接顺序的关系a)对称坡口非对称焊 b)对称坡口对称交替焊c)对称坡口非对称焊 d)非对称坡口非对称焊薄板焊接时，正反面的温差小，且薄板的刚度小，焊接过程中，在压应力作用下易产生失稳，使角变形方向不定，没有明显规律性（3）T形接头角变形•T形接头的角变形:•可以看成是由立板相对于水平板的回转，•与水平板本身的角变形两部分组成，•T形接头不开坡口焊接时，其立板相对于水平板的回转相当于坡口角度为90º的对接接头角变形β′，如图2-11 b所示；•水平板本身的角变形相当于水平板上堆焊引起的角变形β″，如图2-11 c所示。

•这两种角变形综合的结果，使T形接头两板间的角度发生如图2-11 d所示的变化如何减小T形接头角变形•为了减小T形接头角变形：•一方面可以通过开坡口来减小立板与水平板间的焊缝夹角，减小β′值；•另一方面还可以通过减小焊脚尺寸来减少焊缝金属量，降低β″值丁字接头的角变形五、波浪变形产生原因：受压部位失稳螺旋形变形八、预防焊接变形的措施㈠设计措施1.合理选择焊缝尺寸和形式开坡口的好处:减小变形节省人力物力减小焊接变形措施:坡口选取设计措施之二2.减少不必要的焊缝设计措施之三3.合理安排焊缝位置焊缝尽量对称于中性轴或靠近中性轴㈡工艺措施1.反变形法2.刚性固定法3.合理选择焊接方法和焊接规范4.选择合理的装配焊接次序方案一方案二方案三*九、矫正焊接变形的方法㈠机械矫正法㈡火焰加热矫正法焊接角变形的利用－火焰成型(水火弯板)。