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1、西安技师学院10 届焊接预备技师班毕业论文题目：板板对接焊接变形的控制姓 名： 牟 雷 专 业：焊接技术与自动化学 号： 10JHG115 指导老师： 李桂英 时 间： 2010.04.30 - 1 -目录目录 一产生焊接变形的原因.- 2 - 1. 焊接时焊件不均匀的局部加热和冷却.- 2 - 2. 焊缝金属的收缩.- 2 - 3. 金属组织的变化.- 3 - 4. 焊件的刚性和拘束.- 3 - 二10mm 板板平对接在焊接过程中易产生的焊接变形 .- 3 - 1. 收缩变形.- 3 - 1.1 纵向收缩变形 .- 3 - 1.1.1 产生原因： .- 4 - 1.1.2 影响纵向收缩变形量
2、的因素： .- 5 - 1.2 横向收缩变形 .- 5 - 2. 角变形.- 7 - 2.1 角变形产生的原因： .- 7 - 2.2 影响因素： .- 7 - 三控制焊接变形的措施.- 7 - 1.留余量法.- 7 - 2.反变形法.- 7 - 3.刚性固定法.- 7 - 4.选择合理的焊接顺序和焊接方式.- 8 - 5.散热法.- 8 - 6.选择合理的焊缝形状.- 8 - 7.热调整法.- 8 - 四矫正焊接变形的方法.- 9 - 1.手工矫正法.- 9 - 2.机械矫正法.- 9 - 3.火焰矫正法.- 9 - 结论.- 9 - 参考文献.- 10 - 致谢.- 11 - 2 -简述板
3、板对接变形的控制内容摘要在实际生产中，焊接变形造成焊件和结构焊接后在形状和尺寸的改变，甚至产生裂纹。如果变形严重，就会给结构的组装及焊接造成困难，增加矫正变形的费用，降低焊件的使用性能和降低结构的承载能力。焊接变形较大时，可能产生裂纹和降低焊后机械加工的精度。所以防止焊接变形是焊接生产的一个非常重要的方面。实践证明，构件焊接后，总会不可避免地产生焊接变形。在焊接过程中和焊接后，应如何减少焊接变形。本论文通过对板板平对接变形控制的讨论，了解以及掌握一定的防止和矫正焊接变形的方法。关键词：板板对接 焊接变形 防止措施 矫正方法一产生焊接变形的原因一产生焊接变形的原因1.1.焊接时焊件不均匀的局部加
4、热和冷却焊接时焊件不均匀的局部加热和冷却焊接时焊件受到不均匀的局部加热和冷却是产生焊接变形的最主要原因。由于焊接时焊件的局部被加热到熔化状态，形成了温度的不均匀分布，如图 1-1 所示，这样就使焊件出现了不均匀的热膨胀。加热的金属由于受到周围金属的阻碍，使其膨胀不能自由地实现而受到压应力，周围的金属则受到拉应力。当被加热金属的压应力超过金属的屈服点时，就会产生缩短的塑性变形。在焊接冷却后，由于加热的金属的在加热时已产生压缩的塑性变形，所以最后的长度要比焊接以前金属的长度要短些，产生收缩变形。但是这时周围的金属又会阻碍他的缩短，结果在被加热的焊缝金属中产生拉应力，而在周围金属中则产生压应力。图图
5、 1-11-1 焊接时的温度分布 2.2.焊缝金属的收缩焊缝金属的收缩- 3 -当焊缝金属冷却时，由液体转为固体时，其体积要发生收缩。由于焊缝金属与母材时紧密联系的，因此，焊缝金属并不能自由收缩。这将引起整个焊件的变形，同时在焊缝中引起残余应力。另外，一条焊缝是逐步形成的，焊缝中先结晶的部分要阻止后结晶部分的收缩，由此也会产生焊接变形与应力。 3.3.金属组织的变化金属组织的变化焊缝金属在焊接时加热到很高温度随后冷却下来达到熔点，从熔点到常温，即由液体凝固成固态的过程中焊缝金属内部组织要发生变化，由于各种组织的比体积不同，焊缝金属冷却下来要发生体积的变化。这也会造成焊接变形与应力的产生。 4.
6、4.焊件的刚性和拘束焊件的刚性和拘束焊件的刚性和拘束对焊接变形也有较大的影响。刚性是指焊件抵抗变形的能力，是焊件本身的性能，它与焊件材质、焊件截面形状和尺寸等有关;拘束是焊件周围物体对焊件变形的约束，是一种外部条件。焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大;焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小，焊接变形越大，焊接应力越小。焊接变形产生的原因，除以上所述外，在焊接过程中还有多种因素共同影响着变形的变化，如焊接方法、接头形式、坡口形式、坡口角度、焊件的装配间隙、对口质量、焊接速度、焊件的自重都会对焊接变形造成影响，特别是装配和焊接顺序对焊接变形有较大的影响。二二10mm10
7、mm 板板平对接在焊接过程中易产生的焊接变形板板平对接在焊接过程中易产生的焊接变形焊接变形在焊接结构中的分布是很复杂的。按焊接变形对整个焊接结构的影响程度可将焊接变形分为局部变形和整体变形；按变形的外观形态分为五种基本变形形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。10mm 对接在焊接过程中容易产生的焊接变形： 1.1.收缩变形收缩变形焊件尺寸比焊前缩短的现象称为收缩变形。它分为纵向收缩变形和横向收缩变形，如图 2-1 所示。- 4 -图图 2-12-1 收缩变形1.11.1 纵向收缩变形纵向收缩变形纵向收缩变形即沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。 1.1.11.1.1 产生原因产生原因：长
8、度为 L0，厚度为 的长板条，如图 2-2 所示，中间沿长度方向进行加热焊接。为简化讨论，将板条的温度分为两种:中间高温区，其温度均匀一致；两边低温区，其温度也均匀一致。加热时，如果板条的高温区与低温区是可分离的，高温区将伸长，低温区不变，如图 2-2b 所示，但实际板条时一个整体，所以板条将整体伸长，此时高温区内产生较大的压缩塑性变形和压缩弹性变形，如图 2-2c 所示。冷却时，由于压缩塑性变形不可恢复，所以，如果高温区与低温区是可分离的，高温区应缩短，低温区应恢复原长，如图 2-2d 所示。但实际上板条是一个整体，所以板条将整体缩短，要比焊接前缩短，这就是板条的残余变形。也就是焊缝及其附近
9、区域在焊缝高温的作用下产生纵向的压缩塑性变形，焊后这个区域要收缩，便引起了焊件的纵向收缩变。图图 2-22-2 钢板加热和冷却时的变形和应力a 原始状态 b、c 加热过程 d、e 冷却以后- 5 -1.1.21.1.2 影响纵向收缩变形量的因素影响纵向收缩变形量的因素：变形量取决于焊缝长度、焊件的截面积、材料的弹性模量、压缩塑性变形区的面积以及压缩塑性变形率等。焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩量越小。焊缝的长度越长，焊件的纵向收缩量越大。压缩塑性变形量与焊接方法、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。在一般情况下，压缩塑性变形量与热输入成正比。同样的截面形状和大小的
10、焊缝，可以一次焊成，也可以采用多层焊。多层焊每次所用的热输入比单层焊时要小得多，因此，多层焊时每层焊缝所产生的Ap（压缩塑性变形区面积）比单层焊时小。但多层焊所引起的总变形量并不等于各层焊缝的 Ap之和，因为各层所产生的塑性变形区面积是相互重叠的。如图2-3 所示，是单层焊和双层焊平对接塑性变形区示意图。单层焊的塑性变形区面积为 ABCD；双层焊第一层焊道产生的塑性变形区为 A1B1C1D1,第二层的塑性变形区为 A2B2C2D2。由此可以得出结论，对截面相同的焊缝，采用多层焊引起的纵向收缩量比单层焊小，分的层数越多，每层的热输入越小，纵向收缩量越小。图图 2-32-3 单层焊和双层焊的塑性变
11、形区对比a）单层焊 b）双层焊焊件的原始温度对焊件的纵向收缩也有影响。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，当焊件原始温度高到某一程度，可能出现相反的情况，因为随着原始温度的提高，焊件上的温度差减小，温度趋于均匀，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。 1.21.2 横向收缩变形横向收缩变形- 6 -横向收缩变形是指沿垂直于焊缝轴线方向尺寸的缩短。影响横向收缩变形量的因素：产生横向收缩变形的过程比较复杂，影响因素有很多，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，对于板板平对接而言，其中热输入、装配间隙、焊缝金属
12、填充量的影响最为明显。对于板板平对接焊件，其横向收缩变形量总是随焊接热输入的增大而增大。随着装配间隙的增大，横向收缩也增加。如图 2-4 所示，两块平对接焊件，中间有间隙，焊接时，随着热源对金属的加热，对接边产生膨胀，焊接间隙减小。焊后冷却时，由于焊缝金属很快凝固，阻碍平板两对接边的恢复，产生横向收缩变形。- 7 -图图 2-42-4 带间隙平板对接横向变形过程两板对接焊时不留间隙，加热时板的膨胀引起板边挤压，使之在厚度方向上增厚，冷却时也会产生横向收缩变形，但横向收缩变形量小于有间隙的。横向收缩量沿焊缝长度方向分布不均匀，一条焊缝是逐步形成的，先焊的焊缝冷却收缩对后焊的焊缝有一定的挤压作用，
13、使后焊的焊缝横向收缩量更大，一般地，焊缝的横向收缩沿焊接方向是由小到大，逐渐增大到一定程度后趋于稳定。 ，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，后半部分比前部分要大 13mm。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。横向收缩量是随焊缝金属量的增加而增大的，坡口角度增大，横向收缩量也增加。2.2.角变形角变形2.12.1 角变形产生的原因角变形产生的原因：在板板 10mm 平对接焊时，单面焊接，在钢板厚度方向上的温度是不均匀分布的。温度高的一面受热膨胀较大，另一面膨胀小甚至不膨胀，由于焊接面膨胀受阻，出现较大的压缩塑性变形，这样，冷却时在钢板的厚度方向上产生收缩不均匀现象，焊接按一面收缩大，另一面收缩小，所以冷却后产生角变形。2.22.2 影响因素影响因素：对于对
