焊接變形的產(chǎn)生和防止

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由于手工電弧焊自身的焊接特點(diǎn)必然引起其焊接變形較大,，如不對(duì)其變形的原因進(jìn)行分析并針對(duì)其成因提出有效的對(duì)策,，必將給生產(chǎn)帶來極大的危害,。

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焊接變形的產(chǎn)生和防止
9 C; [1 D$ y  F; U. B( T手工電弧焊接過程中的變形成因及對(duì)策
在工業(yè)生產(chǎn)中,，焊接作業(yè)特別是手工電弧焊作業(yè)作為制造、修理的一種重要的工藝方法得到越來越廣泛的運(yùn)用,。同時(shí),，由于手工電弧焊自身的焊接特點(diǎn)必然引起其焊接變形較大，如不對(duì)其變形的原因進(jìn)行分析并針對(duì)其成因提出有效的對(duì)策,，必將給生產(chǎn)帶來極大的危害,。
一、 手工電弧焊接過程中的變形成因
    我們知道,，手工電弧焊接過程中的焊接電弧由在兩個(gè)電極之間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生持久的放電現(xiàn)象所產(chǎn)生的,。
. M: r% s; d: D    電弧的產(chǎn)生是先將兩電極相互接觸而形成短路，由于接觸電阻和短路電流產(chǎn)生電流熱效應(yīng)的結(jié)果,，使兩電極間的接觸點(diǎn)達(dá)到白熱狀態(tài),，然后將兩電極拉開，兩電極間的空氣間隙強(qiáng)烈地受熱,，空氣熱作用后形成電離化,；與此同時(shí)，陰極上有高速度的電子飛出,，撞擊空氣中的分子和原子,，將其中的電子撞擊出來，產(chǎn)生了離子和自由電子,。在電場的作用下,，陽離子向陰極碰撞；陰離子和自由電子向陽極碰撞,。這樣碰撞的結(jié)果,，在兩電極間產(chǎn)生了高熱，并且放射強(qiáng)光,。
3 g' R. r* ^# N" B    電弧是由陰極區(qū)（位于陰極）,、弧柱（其長度差不多等于電弧長度）和陽極區(qū)（位于陽極）三部分所組成。陰極區(qū)和陽極區(qū)的溫度,，主要取決于電極的材料,。一般地，隨電極材料而異,，陰極區(qū)的溫度大約為2400K—3500K,，而陽極區(qū)大約為2600K—4200K，中間弧柱部分的溫度最高,，約為5000K—8000K,。
    焊接接頭包括焊縫和熱影響區(qū)兩部分金屬,。焊縫金屬是由熔池中的液態(tài)金屬迅速冷卻、凝固結(jié)晶而成,，其中心點(diǎn)溫度可達(dá)2500℃以上,。靠近焊縫的基本金屬在電弧的高溫作用下,，內(nèi)部組織發(fā)生變化,，這一區(qū)域稱為熱影響區(qū)。焊縫處的溫度很高,，而稍稍向外則溫度迅速下降,，熱影響區(qū)主要由不完全熔化區(qū)、過熱區(qū),、正火區(qū),、不完全正火區(qū)、再結(jié)晶區(qū)和藍(lán)脆區(qū)等段組成,，熱影響區(qū)的寬度在8—30 mm范圍內(nèi),，其溫度從底到高大約在500 ℃--1500℃之間。
    金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部由于焊接時(shí)不均勻的加熱和冷卻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫焊接應(yīng)力,。由于焊接應(yīng)力造成的變形叫焊接變形,。
- f4 `  d% e) d% c* ~    在焊接過程中，不均勻的加熱,，使得焊縫及其附近的溫度很高，而遠(yuǎn)處大部分金屬不受熱,，其溫度還是室內(nèi)溫度,。這樣，不受熱的冷金屬部分便阻礙了焊縫及近縫區(qū)金屬的膨脹和收縮,；因而,，冷卻后，焊縫就產(chǎn)生了不同程度的收縮和內(nèi)應(yīng)力（縱向和橫向）,，就造成了焊接結(jié)構(gòu)的各種變形,。金屬內(nèi)部發(fā)生晶粒組織的轉(zhuǎn)變所引起的體積變化也可能引起焊件的變形。這是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因,。
二,、 焊件的殘余變形和應(yīng)力的危害性
' n$ k7 s1 Q7 T: I+ n    在焊接過程中焊件將發(fā)生變形，隨著變形的產(chǎn)生,，焊件內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生了變化,，而焊完并冷卻后所留下的變形和應(yīng)力不是暫時(shí)的而是殘余的。通常焊件的殘余變形和應(yīng)力是同時(shí)存在的,，但在一般焊接結(jié)構(gòu)中殘余變形的危害性比殘余應(yīng)力大得多,，它使焊件或部件的尺寸改變而無法組裝,，使整個(gè)構(gòu)件喪失穩(wěn)定而不能承受載荷，使產(chǎn)品質(zhì)量大大下降,，而校正卻要消耗大量的精力和物力,，有時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。同時(shí)焊接裂縫的產(chǎn)生往往也和焊接殘余變形和應(yīng)力有著密切的關(guān)系,。    有的金屬由于焊后產(chǎn)生了殘余應(yīng)力而使的使用性能大為下降,，從而對(duì)這類金屬的焊接件生產(chǎn)造成工藝上的大量困難。因此,，在制造焊接結(jié)構(gòu)時(shí),，必須充分了解焊接時(shí)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生的機(jī)理和焊后決定工件變形的基本規(guī)律，以控制和減少它的危害性,。
1 S  W* m: m! G4 ^3 M三,、 影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素及變形的種類
（一）、影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素有：
1. 焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置,；
/ b% N! ~/ c$ s# n9 {3 O9 q& ^( A* a2. 結(jié)構(gòu)剛性的大�,。�
0 `. H. `" ?2 c0 q3. 裝配和焊接順序,；
: `! d. w% Z8 Q4. 焊接規(guī)范的選擇,。
（二）、焊接變形的種類有：
5 r  v& h  R9 E+ J3 c6 e1.縱向收縮和橫向收縮,；
    在焊縫長度方向上的收縮稱縱向收縮,，而在垂直于焊縫縱向的收縮稱橫向收縮。由于這種收縮,，便使焊件發(fā)生了變形,。
2.角變形；
: |6 y& s# [0 z/ G5 U; n- i0 `- b3.彎曲變形,；
4.波浪變形,；
5. 扭曲變形。
% W5 k6 X; Z. ^! h: K; c" J（三）,、從焊接工藝上分析,，影響焊縫收縮量的因素有：
    用手工電弧焊焊接長焊縫時(shí)，一般采用焊前沿焊縫進(jìn)行點(diǎn)固焊,。這不僅有利于減小焊接變形,，也有利于減小焊接內(nèi)應(yīng)力。
& n  U0 r) Y/ o$ J' h備料情況和裝配質(zhì)量對(duì)焊接變形也會(huì)產(chǎn)生影響,。
$ F) x: _/ M' F焊接工藝中影響焊縫收縮量的因素有：
4 [( [& U0 M+ ]2 Q1. 線膨脹系數(shù)大的金屬材料,，其變形比線膨脹系數(shù)小的金屬材料大；
2. 焊縫的縱向收縮量隨著焊縫長度的增加而增加,；
3. 角焊縫的橫向收縮比對(duì)接焊縫的橫向收縮�,�,；
4. 間斷焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小,；
5. 多層焊時(shí),，第一層引起的收縮量最大，以后各層逐漸減�,�,；
6. 在夾具固定條件下的焊接收縮量比沒有夾具固定的焊接收縮量小，約減少40%--70%,；
8 _5 g; J) a$ L$ @7. 焊腳等于平板厚度的丁字接頭,，角變形量較大。
四,、 防止焊接變形的方法
通過以上的分析,，我們基本了解焊接變形的原因及變形的種類，針對(duì)焊接變形的原因和種類從焊接工藝上進(jìn)行改進(jìn),，可以有效防止和減少焊接變形所帶來的危害,。下面，我們主要介紹幾種常見的防止焊接變形的方法,。
1. 反變形法
. n" M. ~  S8 ~) K% `    在焊前進(jìn)行裝配時(shí),，預(yù)置反方向的變形量為抵消（補(bǔ)償）焊接變形，這種方法叫做反變形法,。
4 u3 a: B2 w! S+ F, f+ F    圖1所示為8—12mm厚的鋼板V形坡口單面對(duì)接焊時(shí),，采用反變形法以后，基本消除了角變形,。
2. 利用裝配和焊接順序來控制變形,；
$ h5 d  I: Z) q% F3 d$ v, G    采用合理的裝配和焊接程序來減少變形，這在生產(chǎn)實(shí)踐中是行之有效的好辦法,，如圖2（a）所示為一箱形梁，由于焊縫不對(duì)稱,，焊后產(chǎn)生下?lián)蠌澢�變��,。解決辦法是由兩人或四人，對(duì)稱地先焊只有兩條焊縫的一側(cè),，如圖2（b）中焊縫1和1然后就造成了如圖2 ©的上拱變形,。由于這兩條焊縫焊后增加了箱形梁的剛性。當(dāng)焊接另一側(cè)的兩條焊縫時(shí),，如先焊圖2(d)中焊縫2和2,，最后再焊圖2(e)中焊縫3和3，就基本上防止了變形,。
& i: p1 x6 @! A/ P& T; y    有許多結(jié)構(gòu)截面形狀對(duì)稱,，焊縫布置也對(duì)稱,，但焊后卻發(fā)生彎曲或扭曲的變形，這主要是裝配和焊接順序不合理引起的,，也就是各條焊縫引起的變形,，未能相互抵消，于是發(fā)生變形,。
焊接順序是影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素之一,，安排焊接順序時(shí)應(yīng)注意下列原則：
' z- t9 `0 ~6 v' @5 |6 j1）盡量采用對(duì)稱焊接。對(duì)于具有對(duì)稱焊縫的工作,，最好由成對(duì)的焊工對(duì)稱進(jìn)行焊接,。這樣可以使由各焊縫所引起的變形相互抵消一部分。
$ U  i' a" H  w) U, I, j: J; J2）對(duì)某些焊縫布置不對(duì)稱的結(jié)構(gòu),，應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè),。
3）依據(jù)不同焊接順序的特點(diǎn)，以焊接程序控制焊接變形量,。常見的焊接順序有五種,，即：
1 i# m8 N% t3 a+ D9 ]* `1 I0 S; Sa.分段退焊法
    這種方法適用于各種空間的位置的焊接，除立焊外,，鋼材較厚,、焊縫較長時(shí)都可以設(shè)擋弧板，多人同時(shí)焊接,。其優(yōu)點(diǎn)是可以減小熱影響區(qū),，避免變形。每段長應(yīng)為0.5—1m,。見圖2(f)
b.分中分段退焊法
    這種方法適用于中板或較薄的鋼板的焊接,，它的優(yōu)點(diǎn)是中間散熱快，縮小焊縫兩端的溫度差,。焊縫熱影響區(qū)的溫度不至于急劇增高,，減少或避免熱膨脹變形。這種方法特別適用于平焊和仰焊,，橫焊一般不采用,，立焊根本不能用。見圖2(g)
, k  z$ d0 X- t% xc.跳焊法
. Z: _' N! q1 C0 G    這種方法除立焊外,，平焊,、橫焊、仰焊三種方法都適用,，多用在6—12mm厚鋼板的長焊縫和鑄鐵,、不銹鋼、銅的焊接上,，可以分散焊縫熱量,，避免或減小變形,。鋼材每段焊縫長度在200—400mm之間；鑄鐵焊件按鑄鐵焊接規(guī)范處理,；不銹鋼和銅由于導(dǎo)熱快,，每段長不宜超過200mm (薄板應(yīng)短些)。見圖 2(h)  
d.交替焊法
" i1 c6 h7 ]! Y& C5 t; [    這種焊法和跳焊法基本相同,，只是每段焊接距離拉長,，特別適用于薄板和長焊縫,。見圖2(i)
) V' g: [6 _, ke.分中對(duì)稱法
這種方法適用于焊縫較短的焊件,，為了減小變形,，由中心分兩端一次焊完,。見圖2(j)
3.剛性固定法
    剛性固定法減小變形很有效，且焊接時(shí)不必過分考慮焊接順序,。缺點(diǎn)是有些大件不易固定,，且焊后撤除固定后,，焊件還有少許變形和較大的殘余應(yīng)力。這種方法適用于焊接厚度小于6mm及韌性較好的薄壁材料,。如果與反變形法配合使用則效果更好。
對(duì)于形狀復(fù)雜,，尺寸不大,，又是成批生產(chǎn)的焊件,，可設(shè)計(jì)一個(gè)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的專用焊接胎具，既可以防止變形,，又能提高生產(chǎn)率。  
8 c4 \/ f+ Y$ `8 S當(dāng)工件較大,，數(shù)量又不多時(shí)，可在容易發(fā)生變形的部位臨時(shí)焊上一些支撐或拉桿,，增加工件的剛性,，也能有效的減少焊接變形。
9 h( ?, A. Z5 U1 c3. 散熱法
4 D1 r  y* i# u) A    散熱法又稱強(qiáng)迫冷卻法,，即將焊接處的熱量迅速散走,，使焊縫附近的金屬受熱面大大減少,，達(dá)到減小焊接變形的目的。圖 3（a）為水浸法示意圖,，常用于表面堆焊和焊補(bǔ)。圖3(b)是散熱法示意圖,，用紫銅作散熱墊，有的還鉆孔通冷卻水,，這些墊板越靠近焊縫效果越好。但散熱法比較麻煩,，且對(duì)于淬火傾向大的鋼材不宜采用，否則易裂,。
4. 錘擊焊縫法
    錘擊焊縫法,，即用圓頭小錘對(duì)焊縫敲擊，可減少焊接變形和應(yīng)力,。因此對(duì)焊縫適當(dāng)鍛延，使其伸長來補(bǔ)償這個(gè)縮短,，就能減小變形和應(yīng)力。錘擊時(shí)用力要均勻,，一般采用0.5Kg—1.0Kg的手錘，其端部為圓角（R=3—5mm）,。底層和表面焊道一般不錘擊，以免金屬表面冷作硬化,。其余各道焊完一道后立刻錘擊，直至將焊縫表面打出均勻致密的點(diǎn)為止。
! w/ q( n0 }4 t' v五,、 常見復(fù)雜構(gòu)件防止變形的方法
6 `+ w/ i* Y  g5 @& r1. 鋼架的焊接
# W, g3 n* }4 ~: p" J    鋼架焊接的關(guān)鍵問題，是如何保證強(qiáng)度和防止變形,。從工藝上保證強(qiáng)度能適應(yīng)載荷的變化，其變形量不致影響安裝和使用的要求,，因此：
  R+ t) @$ u$ H: A" {1）焊縫的高度和長度,，要按圖施工。裝配誤差要小,，坡口要清理干凈,。
2）鋼架的焊接一般先焊腹桿與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫，然后再焊上,、下弦與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫，焊接順序不應(yīng)集中,，而應(yīng)在節(jié)點(diǎn)間間隔跳開焊接（見圖4(a)）。
# `  p6 w) k* n; d. T3）節(jié)點(diǎn)板與桿件之間的橫向焊縫不焊（見圖4(b)）,，各種焊縫應(yīng)盡量采用船形焊。
2. 鍋爐集箱管接頭的焊接
4 _3 q% a: g6 F/ N3 W) V! [鍋爐集箱管接頭焊縫集中,，又偏于一側(cè)，焊后產(chǎn)生較大的彎曲變形,，見圖5 在圓筒上側(cè)有兩排共26個(gè)管接頭。
  h) H  t8 A) H$ K& j; t. @/ `! V    采用跳焊的焊接順序可解決變形問題,。先由一名焊工在第一根集箱上相隔2—3個(gè)管接頭跳焊一個(gè)接頭,。跳焊完第一根后接著又到第二根進(jìn)行同樣的跳焊,。依次把6—10根集箱跳焊過一遍后,，再反過來從第一根開始跳焊第二遍,，這時(shí)早已焊好的管接頭溫度已降低到40℃--50℃以下。這樣反復(fù)跳焊幾遍直到全部管接頭焊完,。焊后雖然尚有2—3mm彎曲變形,，但已在公差范圍內(nèi)，達(dá)到質(zhì)量要求,。

yuhuayan

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王占武

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鉆木取火

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wangbao19

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