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必然引起其焊接變形較大,，如不對其變形的原因進行分析并針對其成因提出有效的對策,，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
手工電弧焊接過程中的變形成因及對策
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用,。同時,，由于手工電弧焊自身的焊接特點必然引起其焊接變形較大，如不對其變形的原因進行分析并針對其成因提出有效的對策,，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
+ G/ I" x# P' t: O    我們知道,，手工電弧焊接過程中的焊接電弧由在兩個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,。
    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達到白熱狀態(tài),，然后將兩電極拉開，兩電極間的空氣間隙強烈地受熱,，空氣熱作用后形成電離化,；與此同時，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，并且放射強光,。
9 d  H" P9 X4 b, L    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,，其中心點溫度可達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。
" X1 C- U& _/ Z# }" F' i' Z4 p    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,。
& c# h9 k& F- P  T5 m二,、 焊件的殘余變形和應(yīng)力的危害性
% E$ D; |) R4 L    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)力不是暫時的而是殘余的。通常焊件的殘余變形和應(yīng)力是同時存在的，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,，有時導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。同時焊接裂縫的產(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,，必須充分了解焊接時內(nèi)應(yīng)力發(fā)生的機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,。
" F2 h6 n: P; E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：
) R- r) I, Y% D9 b$ `; c7 D' d1. 焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置,；
2. 結(jié)構(gòu)剛性的大�,。�
& j- D3 x" w3 h' c$ }% M2 z3. 裝配和焊接順序,；
4. 焊接規(guī)范的選擇,。
( g4 n. w' d: n, h5 q7 i. p. e0 S6 W! \（二）、焊接變形的種類有：
% V3 }/ w. [2 s- n3 V( a9 H$ F1.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,。
, \* f  M+ b+ g% X2.角變形；
3.彎曲變形,；
4.波浪變形,；
! Z/ v8 j) i0 r! E, e5. 扭曲變形。
2 M% B+ a3 S, h（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，一般采用焊前沿焊縫進行點固焊,。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( m5 i1 a' I) l5 S( i, ?備料情況和裝配質(zhì)量對焊接變形也會產(chǎn)生影響,。
焊接工藝中影響焊縫收縮量的因素有：
! t8 Q! }0 v0 K2 u- Y1. 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；
! Q1 j5 W) {* L4 m* ?; h) W; u2. 焊縫的縱向收縮量隨著焊縫長度的增加而增加；
+ y8 b+ o) Q3 q" z- o3. 角焊縫的橫向收縮比對接焊縫的橫向收縮�,�,；
8 p1 b2 G8 _) {! e5 W4. 間斷焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小,；
5. 多層焊時,，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%,；
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，針對焊接變形的原因和種類從焊接工藝上進行改進,，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,。
2 ~& _, h& D. L6 f1 I7 E' m1. 反變形法
    在焊前進行裝配時,，預(yù)置反方向的變形量為抵消（補償）焊接變形，這種方法叫做反變形法,。
    圖1所示為8—12mm厚的鋼板V形坡口單面對接焊時,，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,；
    采用合理的裝配和焊接程序來減少變形，這在生產(chǎn)實踐中是行之有效的好辦法,，如圖2（a）所示為一箱形梁，由于焊縫不對稱,，焊后產(chǎn)生下?lián)蠌澢�變��,。解決辦法是由兩人或四人，對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。當焊接另一側(cè)的兩條焊縫時,，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。
    有許多結(jié)構(gòu)截面形狀對稱,，焊縫布置也對稱,，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,，安排焊接順序時應(yīng)注意下列原則：
1）盡量采用對稱焊接。對于具有對稱焊縫的工作,，最好由成對的焊工對稱進行焊接,。這樣可以使由各焊縫所引起的變形相互抵消一部分。
2）對某些焊縫布置不對稱的結(jié)構(gòu),，應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè),。
* Y. E1 C' w  g( z. y6 P  V8 C3）依據(jù)不同焊接順序的特點，以焊接程序控制焊接變形量,。常見的焊接順序有五種,，即：
a.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,、焊縫較長時都可以設(shè)擋弧板，多人同時焊接,。其優(yōu)點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
2 v9 u# T( J! ?& P    這種方法適用于中板或較薄的鋼板的焊接,，它的優(yōu)點是中間散熱快，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)
c.跳焊法
! g: \- l3 B  I7 _: \0 a    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
    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)
e.分中對稱法
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)
. A& S' Q/ i, t3.剛性固定法
2 W! A7 X# [2 n% q3 F    剛性固定法減小變形很有效,，且焊接時不必過分考慮焊接順序,。缺點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,。
4 d) v* m0 |. \! C$ n: @對于形狀復(fù)雜,，尺寸不大，又是成批生產(chǎn)的焊件,，可設(shè)計一個能夠轉(zhuǎn)動的專用焊接胎具,，既可以防止變形，又能提高生產(chǎn)率,。  
6 ?$ d9 z8 B1 N% o當工件較大,，數(shù)量又不多時，可在容易發(fā)生變形的部位臨時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。
8 l+ f/ o$ |7 m" W3. 散熱法
1 \3 a& S6 ]# s  F. ~. W: }    散熱法又稱強迫冷卻法,，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,。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,，即用圓頭小錘對焊縫敲擊，可減少焊接變形和應(yīng)力,。因此對焊縫適當鍛延,，使其伸長來補償這個縮短，就能減小變形和應(yīng)力,。錘擊時用力要均勻,，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為止,。
五、 常見復(fù)雜構(gòu)件防止變形的方法
1. 鋼架的焊接
6 M" y5 \  h& D% ^; h    鋼架焊接的關(guān)鍵問題,，是如何保證強度和防止變形,。從工藝上保證強度能適應(yīng)載荷的變化，其變形量不致影響安裝和使用的要求,，因此：
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)點板之間的焊縫，然后再焊上,、下弦與節(jié)點板之間的焊縫,，焊接順序不應(yīng)集中，而應(yīng)在節(jié)點間間隔跳開焊接（見圖4(a)）,。
3）節(jié)點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
, i+ x, E6 Z# N& V* K) J% e/ e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個管接頭,。
    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個管接頭跳焊一個接頭,。跳焊完第一根后接著又到第二根進行同樣的跳焊。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)，達到質(zhì)量要求,。

yuhuayan

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tianyaxiaoyao10

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王占武

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鉆木取火

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wangbao19

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