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1、构件焊接变形的预防与矫正1目 录序号 内容 页一 焊接变形产生的原因 23二 焊接变形的各种形式 34三 影响焊接变形的因素 45四 焊接变形的预防 58五 焊接结构变形的矫正 813构件焊接变形的预防与矫正2构件焊后一般都要产生变形，如果变形量超过了允许的数值，有的经矫正虽能达到使用要求，但却占用很多生产时间，有的经矫正无效而报废。因此，我们应力求预先防止产生超过允许数值的焊接变形。一、焊接变形产生的原因焊接过程中，对焊件进行了局部的，不均匀的加热是产生焊接变形的原因。焊接以后焊缝和焊缝附近受热区的金属都发生缩短。缩短主要表现在两个方向上，即沿着焊缝长度方向的纵向收缩和垂直于焊缝长度方向的横
2、向收缩。正是由于焊缝处有这两个方向的收缩和收缩引起的这两个方向上的缩短就造成了焊接结构的各种变形。金属经不均匀加热后发生收缩变形的道理可进一步解释如下：热压缩 塑性变形缩短室温加热冷却室温。图中试验的钢棒在室温时是自然状态，在加热时发生的热自由伸长一开始就受到压力机的阻碍，就好像热自由伸长在整个加热过程中都被压缩回去了（图中虚线所示） ，加热温度为 900，这时的被压缩的变形属于塑性变形。因此，从 900自由地冷却到室温时，3发生了长度比原来缩短的现象，这就说明了，凡是金属棒在加热时发生过压缩塑性变形，则冷却后一定发生缩短的变形。焊接过程对整个结构来说是不均匀加热的过程，但在焊接区域（包括焊缝
3、附近金属）发生的加热过程就可以认为和图中所示的过程相似。因为这一区域在焊接时的高温作用下，热自由膨胀受到周围金属的阻碍，于是就发生了压缩塑性变形，所以焊后这一区域的金属就发生收缩。焊接时的实际情况是，这种收缩也不是自由的，也受到焊件其它部分的一定的阻碍。结果在产生一定的收缩或缩短变形的同时，还同时产生一定的焊接残余应力。火焰矫正就是利用这种规律矫正钢结构变形的。二、焊接变形的各种形式1.纵向缩短和横向缩短两块板对接后发生长度缩短和宽度变窄的变形。这种变形分别是由焊缝的纵向及横向收缩所引起的。2.角变形V 型坡口对接焊后发生的角变形。这是由于焊缝截面形状上下不对称，从而焊缝的横向缩短上下不均匀所
4、引起的。X 型坡口的对接接头，由于坡口形状对称，焊后正反两个方向的角变形能相互抵消。但是当焊接顺序不合理，造成正反两条焊缝的横向缩短不相等时，也会产生角变形。3.弯曲变形焊接梁或柱时，往往产生弯曲变形，其主要原因是焊缝在结构4上布置不对称所引起，梁柱弯曲变形有如下规律：1）焊缝距离通过重心的纵向中心线愈远，引起结构变形愈大。2）焊缝与通过重心的中心线重合则不弯曲。结构的纵向焊缝，集中在通过重心的中心线一侧时，不可避免地引起弯曲。3）与通过重心的中心线对称的两条焊缝，同时进行焊接时不产生弯曲变形。4.波浪变形主要出现在薄板焊接结构中，产生的原因一种是由于焊缝的纵向缩短对薄板边缘造成的压应力；另一
5、种是由于焊缝横向缩短所造成的角变形，有些波浪变形是上述两种原因共同作用引起的。5.扭曲变形装配质量不好、工件搁置不当以及焊接顺序和焊接方向不合理，都可能引起扭曲变形。但归根结底是由于焊缝的纵向或横向缩短所致。三、影响焊接变形的因素1.焊缝在结构中的位置对变形的影响，从结构的设计上，应尽量避免焊缝不对称布置。2.结构的刚性对焊接变形的影响金属结构的刚性主要决定于结构的截面形状及其尺寸大小，一般说来，对于短而粗的焊接构件，刚性较大，焊后发生变形较小，细而长的构件其抗弯刚性小，焊后容易产生弯曲变形。3.装配和焊接顺序对结构变形的影响5既要有合理的装配顺序而且还需要有合理的焊接顺序配合。4.其它影响变
6、形的因素焊接电流、焊接速度、焊接方向等。对大多数焊接结构来说，变形随着焊接电流的增加而增加，而随焊速度的增加而减少。焊接方向对变形的影响要看具体结构而定。上述影响焊接变形的各种因素并不是孤立的，而是共同作用的。制定防止变形措施时，必须综合考虑。四、焊接变形的预防1.反变形法为了抵消（补偿）焊接变形，在焊前进行装配时，先将工件向与焊接变形相反的方向进行人为的变形，这种方法叫做反变形法。2.选择合理的焊接顺序1）尽可能考虑焊缝能自由收缩对大型的构件焊接应从中间向四周进行。大型罐底焊接顺序：16 10149 6125 2111 4133 8157横向焊缝纵向焊缝2）先焊收缩量大的焊缝，如下图，对带筋
7、板的工字架，如果先焊上下翼板和腹板，再焊筋板的角焊缝时，由于角焊缝的横向收缩极大，会在翼板和腹板的角焊缝内产生很大的应力。如按图中数字6所示采用逐格顺序顺焊，则焊件能自由地收缩，但要注意腹板两侧必须同时进行焊接。6522567 4883313）采用对称焊接，如下图所示（a）中的 1、2 焊缝先焊完，后焊 3、4 焊缝，则将产生较大的弯曲变形。如按下图（b）的顺序先焊 1、2 焊缝的一部分，再焊 3、4 焊缝的一部分，这样交替进行焊接，则会避免产生角变形和弯曲变形。1324（a）（b）12343.刚性固定法刚性大的构件焊后一般都变形较小，如果在焊接前加强焊件的刚性，那么焊后的变形可以减小。固定方
8、法很多，有的用简单的夹具和支撑，有的采用专用的胎具，有的是临时点固在刚性工作平台7上，有的甚至利用焊件本身去构成刚性较大的组合体。刚性固定法对减小变形很有效，且焊接时不必过分考虑焊接顺序。缺点是有些大件不易固定且焊后焊件还有少许变形。如果与反变形法配合使用则效果更好。4.散热法散热法又称强迫冷却法，就是把焊接处的热量迅速散走，使焊缝附近的金属受热面大大减小，达到减小焊接变形的目的。散热法比较麻烦，而且对于具有淬火倾向的钢材不宜采用，否则易裂。2030支撑架水槽焊件水浸法紫铜板散热垫法5.锤击焊缝法用圆头小锤对焊缝敲击的方法可以减小某些接头的焊接变形和应力。因为焊接变形和应力主要是由于焊后焊缝发
9、生缩短所引起，因此，对焊缝适当锻延使其伸长补偿了这个缩短，就能减小变形和残余焊接应力。一般采用 1.01.5 磅重的手锤，锤的端头带有R35mm 的圆角。底层和表面层焊道一般不锤击，避免金属表面冷作硬化。其余各道每焊完一道后，立刻锤击，直至将焊缝表面打出8均匀的密密麻麻的麻点为止。在实际生产中防止焊接变形的方法很多，上述仅仅是其中主要的几种，而且在实际中往往都不是单独采用，而是联合采用。五、焊接结构变形的矫正对于焊接构件，首先要采取各种有效措施防止或减少变形。但由于某种原因，焊后结构发生了超出产品技术要求所允许的变形，就应设法矫正，使之符合产品质量要求。实践表明，很多变形的结构是可以矫正的。各
10、种矫正变形的方法实质上都是设法造成新的变形去抵消已发生的变形。1.丁字梁焊后变形的矫正丁字梁由于焊接产生的变形有角变形、上拱、旁弯等。矫正可用压力机、调直机来完成，也可用火焰矫正。现将三种变形的火焰矫正介绍如下：1）角变形的矫正先在两道焊缝的背面， （如图示）用烤枪沿着与焊缝相对应的位置加一道热（厚板应加两道热） ，加热线不能太宽，应小于两焊脚总宽度，加热的深度不应超过板厚，冷却后角变形即可消失。火焰加热位置92）上拱的矫正矫正上拱变形是在立板上采用三角形加热方式（如图所示）三角形加热的位置应根据变形情况来确定。如果第一次加热后还有上拱，再进行第二次加热，加热位置选在第一次加热位置之间，避免重
11、复在原处加热。3）旁弯的矫正加热位置选在水平板背面外凸的一侧，一般采用三角形加热（如图所示）当旁弯矫正后，很可能又引起上拱变形，因此在掌握变形规律后，可在矫正上拱时有意过量，即略有下翘，那么旁弯矫正引起的上拱与下翘抵消，就可以简化矫正工作。2.箱形梁焊后变形的矫正箱形梁有上拱、旁弯、扭曲等变形，应先矫扭曲，后矫上拱，最后矫旁弯。1）扭曲的矫正10扭曲的矫正，对于刚性较大的箱形梁来说比较困难，一般用火焰矫正时都需外力协助。 （如下图所示）304013421-拉紧装置 2-螺栓压板 3-加热线 4-平台在每端向上翘起的一角装上可拉紧的螺旋拉紧器，另一角用螺栓把紧，给箱形梁一个扭矩，其方向与扭曲方向
12、相反，加热时用线状加热，加热宽度为 3040mm。2）上拱的矫正箱形梁在上盖板和两边腹板加热，上盖板加热的长度等于盖板的宽度，腹板加热高度等于腹板高度的 1/41/3。如一次加热未矫正过来，可再进行一次，但加热的地方应错开。上拱加热3）旁弯的矫正矫正旁弯可加热凸起的盖板一侧，必要时可施加外力配合。11旁弯121-加热线 2-外力 横截面和箱形梁相同的钢柱，其矫正方法和箱形梁同。如柱子变形仅有弯曲，在有机械设备的条件下，可用机械矫正，柱子纵向串动和翻转也用吊车来完成，工作效率可明显提高。3.圆筒形工件的矫正圆筒形工件常常由于下列原因产生变形或质量不高，加工成形时达不到正确的几何形状，例如椭圆度超
13、过了公差范围等，焊接后产生变形，由于使用或其它原因造成局部变形。根据圆筒形工件的特点，一般不便于在压力机或其它机器设备上进行矫正，而多数采用火焰矫正，必要时辅以外力进行预拉。1）筒体纵焊缝焊接变形的矫正圆筒在纵缝焊接完之后，由于收缩应力的关系，焊缝处产生内凹的变形，焊缝两侧相应凸起来，变形矫正的方法：一般是在卷板机上矫圆，如仍有局部凹陷，可采用火焰矫正，火焰加热在圆筒内进行，沿着焊缝位置进行线状加热，同时采取在圆筒节内针对焊缝向外顶出的措施，加热宽度为 20mm，加热温度为700800（樱红色） ，经两次线状加热后基本可达到要求。122）三通管焊接后两端向上弯曲的矫正三通管焊接后产生如图所示的
14、变形，如管子直径大，抗弯强度大，变形就小，如管子直径小，抗弯强度小，变形就大。加热部位见图，加热宽度视变形情况，约为 1050mm。加热宽度 三处菱形加热加热120范围内3）厚壁圆筒椭圆度超过公差的矫正圆筒壁厚 2040mm，其用火焰矫正方法如图。先用样板检查，如果筒体外凸，则按图（a）所示，沿该处外壁进行线状加热，加热后任其自然冷却，不用锤击。若筒体弧度不够，则按图（b）所示，沿该处内壁线状加热，之后任其自然冷却。样板加热处（a）加热处（b）4.锅炉炉排支架侧板的矫正炉排支架变形时，可在支架下部凸起处进行三角形加热。加热13的三角形的高度为构件的 1/41/3，加热温度 700800（樱红色），加热的三角形根据弯曲情况来确定。焊接焊接
