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1、培训内容:焊接坡口与焊接变形,焊接接头形式及坡口选用,焊接变形产生的原因,焊接结构设计与坡口设计,焊接变形的控制与矫正,接头型式与坡口的准备 1、焊接接头的型式 接头主要有对接、角接、T形接和搭接等4种。 1.1对接接头 两焊件端面相对平行的接头,称为对接接头。是焊接结构中采用最多的一种型式。根据坡口形式的不同,可分为I形、V形、X形、U形和双U形等,一、焊接接头形式及坡口选用,(a)I形坡口 (b)V形坡口 (c)X坡口 (d)U形坡口 (e)双U形坟口,1.2角接接头 两焊件端面间构成3001350夹角的接头,称为角接接头。根据坡口型式的不同,分为不开坡口、单边V形、V形及K形等4种型式,
2、(a)不开坡口 (b)单边V形坡口 (c)V形坡口 (d)K形坡口,1.3T形接头 一焊件端面与另一焊件表面构成复角或近似直角的接头,称为T形接头。其应用范围仅次于对接接头。根据坡口形式不同,分为不开坡口、单边V形、K形和双U形等4种,(a)I形坡口 (b)单边V形坡口 (c)K形坡口 (d)双U形坡口 以T形接头连接焊缝时,板厚小于3mm可不开放口。3个焊件装配成“十”字形接头,叫十字接头。实际上是两T形接头的组合。,1.4搭接接头 两焊件部分重叠构成的接头,叫搭接接头。根据结构形式和对强度要求不同,分为不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊等3种,图(a)为不开坡口的搭接接头,用于厚度12mm以
3、下的焊件,有时可采用双面焊接。这类接头承载能力低,用于不重要结构,遇到重叠面积较大时,为保证焊接强度,可分别选用图(b)、(c)两种形式。,2、坡口的准备 2.1坡口的定义及作用 根据设计或工艺要求,在焊件的待焊部位加工成一定几何形状和尺寸的沟槽,叫坡口。 作用是: (1)使热源(电弧或火焰)能到达焊缝根部,保证根部焊透。 (2)便于操作和清理焊渣。 (3)调整焊缝成型系数,获得较好的焊缝成型。 (4)调节基本金属与填充金属的比例。,2.2选择坡口的原则 为获得高质量的焊接接头,应选择适当的坡口型式。坡口的选择,主要取决于母材厚度、焊接方法和工艺要求。选择时,应注意以下问题: (1)尽量减少填
4、充金属量。 (2)坡口形状容易加工。 (3)便于焊工操作和清渣. (4)焊后应力和变形尽可能小。,V、U、X型坡口的比较 坡口形式 比较条件加工 焊缝填充金属量 焊件翻转 焊后变形 V 方便 较多 不需要 较大 U 复杂 少 不需要 小 X 方便 较少 需要 较小,2.3坡口制备 采取的方法,根据焊件的尺寸、形状及加工条件确定。有以下方法: (1)剪边:以剪板机剪切加工,常用于I形坡口。 (2)刨边:用刨床或刨边机加工,常用于板件加工。 (3)车削:用车床或车管机加工,适用于管子加工。 (4)切割:用氧一乙快火焰手工切割或自动切割机切割加工成I形、V形、X形和K形坡口。 (5)碳弧气刨:主要用
5、于清理焊根时的开槽,效率较高、劳动条件较差。 (6)铲削或磨削:用手工或风动、电动工具铲削或使用砂轮机(或角向磨光机)磨削加工,效率较低,多用于焊接缺陷返修部位的开槽。 坡口加工质量对焊接过程有很大影响,应符合图纸或技术条件要求,1 焊接结构材料的选择 焊接结构材料的选择原则: 1.1满足使用要求,选易焊材; 1.2高强度结构钢,尽量优先选; 1.3重要结构应选用:镇静钢; 1.4异种钢材互焊时偏弱者跟措施; 1.5多用锻、压、型材,减少焊缝。,二、焊接结构设计与坡口设计,2 焊接接头的工艺设计 焊缝的布置 焊缝布置的一般原则: 2.1避开应力最大处; 2.2焊缝远离加工面; 2.3对称布置变
6、形小; 2.4焊缝布置求分散; 2.5便于操作想周到; 2.6尽量平焊效率高。,3坡口设计原则 3.1在设计焊缝尺寸大小及其接头形式时,首先要确定是工作焊缝还是联系焊缝。 工作焊缝:与被连接的元件是串联的,它承担着传递全部载荷的作用,一旦断裂,结构就会失效,其应力称为工作应力。,联系焊缝:焊缝与被连接件是并联的,它传递很小的载荷,主要起元件之间的相互联系的作用,焊缝一旦断裂,结构不会立即失效,其应力称为联系应力。,工作焊缝必须进行焊缝强度计算; 联系焊缝则需考虑经济性而减小、减短焊缝; 具有双重性的焊缝,既有工作应力又有联系应力,则只计算工作应力,而不考虑联系应力;,3.2坡口的设计 (1)坡
7、口作用:主要是增大熔深,提高焊缝截面的有效厚度。,以对接Y形坡口为例: 坡口角度:3560,太大增加加工余量、焊接成本和变形; 钝边高度p:需要熔透时一般为13mm; 根部间隙b:保证钝边熔透,一般24mm,过大容易形成虚焊; 坡口深度H:根据需要的焊缝厚度来设定。,(2)坡口形式: 对接焊缝的焊接边缘可分为卷边、平对或加工成V形、X形、K形和U形等。 方形对接:无间隙适合于板厚小于3mm;有间隙或带垫板的对接适合于厚小于16 mm。加工的经济性最好。,单面V型:适合于板厚在16mm左右; 双面V型:适合于板厚在在32mm以下; 单面U型:加工难度增加,但比单V型坡口节省焊接材料; 双面U型:
8、加工难度增加,但比双V型坡口节省焊接材料;,(3)角焊缝的坡口形式主要有以下3种:,根据受力情况决定是否需要焊透: 图a为不开坡口的焊缝,加工的经济性最好; 对于较厚的板,可采用图b所示K形坡口,这样做比不开坡口用大尺寸的角焊缝经济,而且疲劳强度高; 对要求完全焊透的丁字接头,采用半V形坡口从一面焊,焊后清根焊满,如图c,比采用K形坡口施焊可靠。,坡口设计原则: a.经济性原则:在满足强度要求的前提下,选择合理的接头和坡口,减少焊材的填充量,提高焊接效率。 b.考虑坡口加工:优先选择便于加工的坡口,如V形、X形。U形和双U形坡口,加工相对困难。 c.避免焊接缺陷:采用不适当的坡口形式容易产生焊
9、接缺陷。比如:坡口角度过大,致使焊接热输入大,工件变形;钝边过高,不能完全熔透,残留的钝边即成了缺陷源。,3.3焊缝大小的的设计 对接焊缝的有效厚度S如下图:,根据焊缝强度要求设计,同时考虑经济性; 重要焊缝应当采取等强原则,S=(较薄板厚) 。,最小焊脚尺寸,考虑可操作性,三、焊接变形产生的原因,复合板修补时主要是收缩变形、弯曲变形和波浪变形,焊接变形产生的原因,焊接时,由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀,最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。(内变形) 焊缝金属冷却时,当它由液态转为固态时,其体积要收缩。由于焊缝金属与母材是紧密联系的,因此,焊缝金属并不能自由收缩,这将引起整个焊
10、件的变形,同时在焊缝中引起残余应力。 (缩边),四、焊接变形的控制与矫正,1. 设计措施 (1)合理地选择焊缝的尺寸和形状(如图) 在保证结构承载力的情况下,尽可能采用较小的焊缝尺寸, 减少热输入对材料性能的影响, 并降低成本。,相同承载力的十字接头,箱形梁的不同接头形式,(2)合理选择焊缝长度和数量 只要允许,多采用型材、冲压件;焊缝多且密集处,可以采用铸焊联合结构,就可以减少焊缝数量。此外,适当增加壁板厚度,以减少肋板数量,或者采用压型结构代替肋板结构,都对防止薄板结构的变形有利。,某加强筋状况,(3)合理地安排焊缝的位置 安排焊缝尽可能对称与截面中性轴,或使焊缝接近中性轴, 这对减少梁柱
11、的挠曲变形有良好的效果。,箱形和工字梁的焊缝布置(后者较好),2.工艺措施 (1)反变形法 ( 如图),几种反变形措施,(2)留余量法 在下料时,将零件的实际长度或宽度尺寸比设计尺寸适当加大,以补偿焊件的收缩。 留余量法主要用于防止焊件的收缩变形。,(3)刚性固定法 1) 将焊件固定在刚性平台上。,薄板拼接时的刚性固定,2)将焊件组合成刚性更大或对称的结构。,T形梁的刚性固定和反变形,3)利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束。,对接拼板时的刚性固定,(4) 选择合理的装配焊接顺序。装配焊接顺序对焊接结构变形的影响很大。 1)大型而复杂的焊接结构,只要条件允许,把它分成若干个结构简单的部件,单独进行
12、焊接,然后再总装成整体。 2)正在施焊的焊缝应昼靠近结构截面的中性轴。,主梁装配焊接,3)对于焊缝非对称布置的结构,装配焊接时应先焊焊缝少的一侧。,压力机压型上模的焊接顺序,4)焊缝对称布置的结构,应由偶数焊工对称地施焊。,圆筒体对接焊缝焊接顺序,5)长焊缝(1m以上)焊接时,可采用下图所示的方向和顺序进行焊接,以减小其焊后的收缩变形。,矫正焊接变形的措施,1. 手工矫正法 2. 机械矫正法 用机械方法矫正变形的原理就是将缩短的尺寸拉长,使之与较长的部分相适应,从而恢复到原来的尺寸,或达到技术条件对几何尺寸的要求。 机械矫正法会使金属材料因冷作硬化而变脆,并产生附加应力,因此一般适用于变形不大的小型结构件。,机械矫正法矫正梁的弯曲变形,矫正焊接变形的措施,3.火焰加热矫正法 火焰矫正的原理与机械矫正相反,它是通过局部加热并随之快冷,使焊件伸长的部位缩短,达到矫正变形的目的。 火焰加热的方式有点状加热、线状加热和三角形加热。 此法一般使用的是气焊炬,不需专门设备。操作简单方便,机动灵活,可以在大型复杂结构上进行矫正。,矫正焊接变形的措施,(2)线状加热,(1)点状加热,矫正焊接变形的措施,三角形加热 工字梁弯曲变形的火焰矫正 火焰加热矫正焊接变形的取决于下列三个因素: (1)加热方式 (2)加热位置 (3)加热温度和加热区的面积,谢谢!,