板板对接焊接变形的控制

word某某技师学院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 指导教师： 李桂英 时 间： 2010.04.30 目录一产生焊接变形的原因- 2 - 2 - 2 - 3 - 3 -二10mm板板平对接在焊接过程中易产生的焊接变形- 3 - 3 - 3 -1.1.1产生原因：- 4 -1.1.2影响纵向收缩变形量的因素：- 5 - 5 - 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 - 7 - 7 - 7 - 8 - 8 - 8 - 8 -四矫正焊接变形的方法- 9 - 9 - 9 - 9 -结论- 9 -参考文献- 10 -致谢- 11 -简述板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，就会给结构的组装与焊接造成困难，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，总会不可防止地产生焊接变形。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，了解以与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，周围的金属如此受到拉应力。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，而在周围金属中如此产生压应力。图1-1 焊接时的温度分布当焊缝金属冷却时，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严密联系的，因此，焊缝金属并不能自由收缩。这将引起整个焊件的变形，同时在焊缝中引起剩余应力。另外，一条焊缝是逐步形成的，焊缝中先结晶的局部要阻止后结晶局部的收缩，由此也会产生焊接变形与应力。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。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。焊件自身的刚性与受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大;焊件自身的刚性与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。二10mm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根本变形形式：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：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。图2-1 收缩变形纵向收缩变形即沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。：长度为L0，厚度为的长板条，如图2-2所示，中间沿长度方向进展加热焊接。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别离的，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别离的，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，这就是板条的剩余变形。也就是焊缝与其附近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2-2 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：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与压缩塑性变形率等。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、焊接顺序以与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，对截面一样的焊缝，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2-3 单层焊和双层焊的塑性变形区比照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。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拟复杂，影响因素有很多，如热输入、接头形式、装配间隙、板厚、焊接方法以与焊件的刚性等，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。图2-4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，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，后半局部比前局部要大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。：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。：对于对接焊缝来说，角变形主要与焊接方式、坡口角度、坡口形式等有关。在同样的板厚和坡口形式下，多层焊比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大。多层多道焊比多层焊角变形大。坡口角度越大，焊缝横向收缩沿板厚分布越不均匀，角变形越大。坡口截面不对称的焊缝，角变形大，如V形坡口比X形坡口角变形大。三控制焊接变形的措施 在下料时，将钢板的长度和宽度尺寸比设计尺寸适当大些，补偿焊接的收缩变形。 平对接焊产生角变形时，可按图3-1所示的方法。图3-1 反变形法 采用适当的方法增加焊件的刚度或拘束度，达到减小其变形的目的，这就是刚性固定法。可采用的方法有：1将焊件用定位焊固定在刚性平台上，并且用压铁压住焊缝附近处。2用焊接夹具增加结构的刚度和拘束。对接接头坡口截面对称，采用不同的焊接顺序不同，产生角变形的大小也不一样。如X形对称坡口对接接头，先焊完一面后翻转再焊另一面，焊第二面时所产生的角变形不能完全抵消第一面产生的角变形，这是因为 焊第二面时第一面已经冷却，增加了接头的刚度，使第二面的角变形喜爱与第一面，最终产生一定的剩余角变形。如果采用正反面各层交替焊接，正反面的角变形可以相互抵消。但焊件翻转次数多，不利于提高生产率，比拟好的方法是，先在一面少焊几层，然后翻转过来焊满另一面，使其产生的角变形稍大于先焊的一面，最后再翻转过来焊满第一面，这样就能以最少的翻转次数获得没有或最小的角变形，对接接头非对称坡口的焊接，应先焊焊接量少的一面，后焊焊接量多的一面，并且注意每一层的焊接方向相反。散热法就是利用各种方法将施焊处的热量迅速散走，减小焊缝与其附近的受热区，同时还使受区的受热程度大大降低，达到减小焊接变形的目的。如水浸法散热，如图33-2所示。图3-2 水浸法散热板板平对接，开X形坡口以减小角变形。减小焊接热影响区的宽度、降低不均匀加热的程度，就会有利于减少焊接变形，工艺措施有：小电流快速不摆动焊代替大电流慢速摆动焊；小直径焊条代替大直径焊条；多层焊代替单层焊等。以上所述为控制焊接变形的常用方法。在焊接生产过程中，要充分估计各种变形，分析焊接变形的规律，根据现场条件选用一种或几种方法，有效地控制焊接变形。四矫正焊接变形的方法利用锤子、大锤敲击焊件的变形处。板板对接发生角变形，将焊件放在工作平台上，敲击焊缝背面以矫正变形。 利用机器或工具来矫正焊接变形。具体地说，就是用千斤顶、拉紧器、压力机等将焊件顶直或压平。 利用火焰对工件局部加热，使焊件产生的变形去抵消焊接变形。板板平对接焊件发生角变形，用火焰线状加热焊缝的背面以抵消角变形。结论：随着焊接技术的开展和进步，焊接件应用越来广泛，几乎渗透到国民经济的各个领域，如石油与化工设备、宇航运载工具、起重运输设备、车辆与船舶制造以与国防工业建设等，而焊接变形时影响焊接件合格的重要因素，因此，焊接变形的控制与矫正是焊接生产的一个重要方面。而我们更应该掌握如何控制与矫正焊接变形的有关知识。参考文献1. 高志忠。电焊工根本技术。：金盾，20042. 邓洪军。焊接结构生产。：机械工业，20073. sou.zhulong./search/searchall.asp?k=%25E7%2584%258A%25E6%258E%25A5%25E5%258F%2598%25E5%25BD%25A2&qf=bbs&c=bbs致谢论文的最后，我想对我的恩师李桂英教师表示深深的敬意和真挚的感谢！教师在学术上的成绩一直使我敬慕不已，做了他的学生之后，我更敬佩导师那严谨、科学、正直的作风以与孜孜不倦的学习态度，在我做论文的每一个阶段，李教师都严格把关，容不得半点马虎，他对科研与教学事业一丝不苟、执着追求的精神给我留下了深深的印象。对我的论文李教师倾注了大量的心血，李教师从来都是一丝不苟，悉心指导我的工作，我想对这几年来给予我极大关怀和帮助的李教师，表示深深的谢意！- 10 - / 11