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1、教案样例九教学章节5.3控制焊接残余变形的措施和矫正方法（二）授课学时2学时教学目标1.了解预防和控制焊接残余变形的设计措施2.理解预防和控制焊接残余变形的工艺措施3.掌握焊接残余变形的矫正方法教学重点1.预防和控制焊接残余变形的工艺措施2.焊接残余变形的矫正方法教学难点1.分析焊接变形的变化趋势，选择合理的装焊方案2.合理选择火焰矫正的加热位置及范围学情分析学生对焊接变形产生的原因已有接触，有利于理解预防和控制焊接残余变形的工艺措施。教具电化教学设备教学相关实物及工具设备教学方法讲授法、多媒体课件、操作演示教学过程时间分配组织教学复习旧课讲授新课巩固新课布置作业2分钟3分钟40分钟40分钟5
2、分钟导入复习上次课的内容，分析处理课后习题。通过焊接残余变形对焊接结构影响的复习，引入焊接残余变形预防与控制的重要性新课三、焊接残余变形预防与控制1.设计措施（1）合理选择焊缝形状和尺寸：在保证结构有足够承载能力的前提下，应采用尽量小的焊缝尺寸；选择合理的坡口形式，具有翻身条件的结构，宜选用双面坡口的形式。（2）条件允许的情况下，多采用型材、冲压件。焊缝密集处，采用铸焊联合结构。采用压型结构代替筋板结构等措施减少焊缝数量。（3）合理安排焊缝位置：尽量把焊缝安排在结构截面中性轴上或靠近中性轴，力求在中性轴两侧的变形大小相等方向相反，起到相互抵消作用。合理安排焊缝位置示例如图2.工艺措施（1）购买
3、符合国家标准的合格钢材。选用平整、厚度均匀的钢板，无扭曲、弯曲变形的型钢。吊运、储存时，注意对钢材的保护防止出现变形。（2）合理选择焊接热输入1）在保证焊缝质量的前提下焊接热输入尽量选的小一些等措施，将变形控制在最小范围。2）采用二氧化碳气体保护焊来代替焊条手弧焊，除铸铁结构外一般不采用气焊等。3）用多层焊代替单层焊，用断续焊、退焊、跳焊等代替连续焊。（3）合理选择装配-焊接顺序： 采用合理的装焊顺序，对于控制焊接残余变形尤为重要。1）装焊原则对于简单沿中性轴对称构件要一次对称装配、对称焊接。对复杂结构，首先将结构分成大部件，再分成小部件，分解时要尽量按对称结构划分。焊缝距结构中性轴距离e越大
4、，则弯曲变形f越大。装配焊接中焊缝位置相对构部件的中性轴是变化的。选择合理的装焊方案非常重要。2）案例分析3）合理的装焊方案还需合理的焊接顺序配合在实际生产中各条焊缝的焊接顺序总是有先有后。随着完成焊缝数量的增多，结构刚度不断增加，先焊的焊缝变形大，最后焊的焊缝变形相对小一些。焊接顺序原则l 焊缝对称于中性轴的结构，采用对称焊方法。l 非对称焊缝应先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧。l 中性轴两侧焊缝数量一样但距中性轴距离不同时，先焊据中性轴距离小的一侧，后焊距中性轴距离大的一侧。或采用不同的焊接热输入。l 拼接大面积薄板时，先焊横向的短焊缝，后焊纵向的长焊缝且由里向外进行焊接。（4）反变形法
5、：根据焊接生产中已经发生的变形规律，在焊前或未装配时，先将工件人为地制成一个变形，使工件的变形方向相反、变形量相等。1）预留反变形法：在下料时对工件加放一定尺寸的余量或反变形的形状。包括预留量反变形法和下料反变形法。下料反变形法2）拼接预留反变形法：拼接时预制与测试结果数值相同的反变形。3）塑性反变形：根据测试结果或查表，预制塑性反变形。4）弹性反变形法：通过构件的自重或工装夹具等，使其产生弹性反变形。示例见教材图5-49。5）刚性固定法：用强制手段减少焊接变形的方法称为刚性固定法。胎具固定法：用于形状比较复杂、定形批量生产的构部件。在胎具中既可以检验构部件的尺寸大小、控制构部件变形，同时还能
6、提高生产率。卡具固法：当构部件比较简单或不宜用胎具固定时，常采用简单的夹具来固定构部件。局部增加刚性法：通常是焊前通过判断或试验得出工件产生的变形方向和类形，焊接前在局部采用临时支撑、加固件、拉杆等。这种方法适合简单、小型工件。6）散热法：利用冷水或传热快的金属将焊接处的热量迅速传走的方法，见教材图5-52。采用散热法控制变形比较麻烦，一般不采用，尤其不适用焊接淬硬性强的材料。四、焊接残余变形的矫正方法1.冷加工矫正：利用外力的作用，产生新的伸长塑性变形达到矫正。（1）手工矫正：利用手锤等工具，锤击变形件合适的位置使工件变形减小。对一些薄板、变形小、细长的工件可采用手工矫正。（2）机械矫正法：
7、利用机械力的作用，产生新的伸长塑性变形达到矫正。采用机械矫正法时，一般低碳钢可焊后直接应用矫正，而合金钢焊后应先消除应力处理后再进行矫正。2.火焰矫正法：利用可燃气体与助燃气体混合燃烧放出的热量对变形件局部进行加热使之产生压缩塑性变形，冷却时该金属发生收缩，利用此收缩所产生的变形去抵消焊接引起的残余变形。(1)火焰矫正三要素：加热位置、加热温度及重复加热次数和加热区的形状。1）加热位置，它是火焰矫正成败的关键因素。加热位置必须使它产生变形方向与焊接残余变形方向相反，起到抵消作用。2）加热温度，加热部位的温度必须高出相邻未加热部位，且使得受热金属热膨胀受阻并产生压缩塑性变形。生产中对结构钢火焰矫
8、正加热温度一般控制在600800之间，常用钢表面颜色来判断加热温度。 钢材表面颜色对相应温度表颜色温度/颜色温度/深褐红色550580樱红色770800褐红色580650淡樱红色800830暗樱红色650730亮樱红色830960深樱红色730770桔黄色9601050(2)加热方式：点状加热、条形加热和三角形加热，如图。1）点状加热，有一点或多点加热，多点加热常用梅花式。主要用于薄板产生波浪变形的矫正；加热点直径d一般控制在15mm以内，加热点的相互距离a控制在50100mm之间；对于成批矫正可采用较重的耐热板，按加热点尺寸制作模板。2)条形加热,火焰呈直线方向移动，或沿移动方向稍做横向摆动
9、，连续加热金属表面，形成一条宽度不大的条形。常用加热图线有三种： 3)三角形加热，加热形状呈三角形，加热时面积上大下小。主要用于构件刚性较大、变形量大的弯曲变形。 （3）火焰矫正的注意事项1)首先了解被矫正结构的材质。2)火焰矫正的加热温度范围在300800之间,根据具体情况确定。3)加热用火焰一般采用中性焰；如果要求加热深度小，可采用氧化。4)矫正前应该仔细观察变形情况，考虑加热位置和矫正步骤。5)进行火焰矫正时，要考虑下道工序情况。如下道工序是焊接或气割，则接边的矫正可以“松”一些。6)薄板变形的火焰矫正过程中需要锤击时，应采用木锤。例题讲解以教材图5-42为例，讲解装焊方案的确定方法小结1.钢材表面颜色对相应温度演示，巩固学生对钢材加热温度的判断能力。2.用教材图5-63所示的T形梁矫正变形演示总结，加热位置、加热温度及重复加热次数和加热区的形状对矫正效果影响的。提高学生的分析解决问题能力。布置作业教材相关习题根据行业和专业特点，给出中等偏下复杂程度的焊接结构图纸，制定出合理的装配焊接顺序。提供实训条件，进行火焰矫正变形训练。建议12学时的训练。
