焊接的變形與應力

焊接是一個不均勻加熱的熱處理過程。它是根據人的焊接技術水平、熟練程度、焊接速度的快慢、焊接電流、電弧電壓的大小，焊條、焊絲的粗細的選擇來決定的。當焊接電流大，焊速慢，焊縫單位長度受熱量就大、線能量大，近縫區的熱影響區受熱面積增大；焊接電流小，焊速快，單位長度受熱量就減小，熱影響區就��；單位長度焊縫受熱量大的區域，熱膨脹系數就大；單位長度焊縫受熱量小的區域，熱膨脹系數就小，熱膨脹系數大的地方應力就大；熱膨脹系數小的地方應力就小，隨之產生膨脹不均現象，引起應力集中或應力不均勻的現象；應力集中和應力不均勻就會產生變形。冷卻后能恢復到原來的幾何尺寸叫做彈性變形；不能恢復原來的幾何尺寸叫做塑性變形。

一、焊接變形通常分為：橫向收縮、縱向收縮變形；角變形；彎曲變形；波浪變形和扭曲變形。

1． 縱橫向的收縮與縮短

兩塊板焊接以后，發生了長度縮短和寬度變窄的變形，是由焊縫的縱向和橫向收縮引起的。橫向收縮的近似值5-10mm厚，1.3-1.5mm；縱向收縮的近似值，對接0.15-0.3mm/m，角接0.2-0.4mm/m

2． 角變形

V型坡口對焊時，焊縫截面的形狀上下不對稱，使焊縫橫向縮短上下不均勻所引起的，

3． 彎曲變形：梁和柱變形的主要原因是焊縫在結構上布置不對稱。焊縫位于中心線的下方，焊后由于縱向縮短引起的彎曲變形。

4．波浪變形：薄板受熱不均勻，產生橫向收縮和縱向縮短引起的波浪變形

5．扭曲變形：裝配質量不好，工件擱置不平，焊接順序和方向不合理引起的扭曲變形。

二、焊接應力與變形種類

1． 按應力形成的原因分

1） 溫度應力：焊接時，由于加熱不均勻，使各部分的熱膨脹系數不同所引起的應力。

2） 組織應力：焊接時，在不同的焊接熱的循環作用下，金屬的金相組織發生轉變，由這種轉變而引起的內應力。

3） 收縮應力：焊接時，熔池從液態冷凝成固態，由于其體積發生收縮受到限制而形成的應力。

2．按應力在結構中的作用分

1）線應力：在焊件中應力只按照其中的一個方向發生（薄板對接焊縫及焊件表面堆焊時，都屬于這種應力），是單向應力

2）平面應力：雙向應力，在焊件中應力只按焊件中的一個面發生（厚板對接焊縫產生的不同方向，但在一個平面上，薄板交叉焊也產生）

3） 積應力：焊件存在的應力，是沿著空間的三個方向作用的（存在于大、厚焊件的對接焊縫；和三個方向的焊縫交叉處）

3．焊件的變形分類

1）整體變形：整個結構的形狀和尺寸發生改變，變形影響到整個外形和結構的承載能力

2）局部變形：結構的一些部分發生變化，變形影響到整個外形和結構的承載能力

4． 影響焊接變形的主要因素

1）在結構中的位置：焊縫在焊件中布置不對稱；焊縫截面重心與焊件截面重心不重合。

2）結構剛性的大�。汉讣�的剛性大變形大，反之剛性小變形小

3）裝配和焊接順序：整體焊接與分部件焊接剛性大先焊短焊縫再焊長焊縫

4） 焊接材料的線膨脹系數及焊接工藝：線膨脹系數大的材料變形大；線能量大變形大；坡口角度大產生變形大；焊接方向和順序不同，引起的變形不同。

5． 減小和矯正焊接變形的方法

1）設計方面：盡量減少焊縫的數量和截面積，合理的安排焊縫的位置，盡可能的對稱布置，焊接過程中盡量使用胎具、夾具控制變形。

2）工藝方面：預留余量抵消收縮變形；焊前預留角度抵消焊后變形；選擇合理的焊接順序，減小變形；強制固定減小變形；最有效的辦法是采取焊后消除應力來處理。

6．為了減小和防止焊接變形，合理的選擇焊接順序

1） 采用對稱焊接。

2） 結構焊縫不對稱時，先焊焊縫少的一側。

3） 對結構上的長焊縫，可采用逐步退焊法，從中間向外逐步退焊，跳焊法、交錯焊法，從中間向外對稱焊法。

4） 大面積平板對接，先焊所有橫向短焊縫，后焊縱向長焊縫

5） 工字梁的對稱焊接，方向一直的焊接順序減少彎曲變形或扭曲變形

6） 平板對接，為防止角變形可采取反變形。

7．為防止和減少焊接結構的應力，合理選擇焊接順序的原則是

1） 盡可能的是焊縫自由收縮

2） 收縮量大的焊縫應先焊

3） 焊接平面上的交叉焊縫的對接接頭，應保證交叉點不產生缺陷和剛性約束不好的焊接順序

4） 采用合理的設計形式，避免焊縫過分的集中，減少焊件的局部剛性，采用剛性小的接頭

5） 應用“加熱減應力”法

6） 選擇合理的焊接順序

帶剪板的工字鋼焊接H型鋼

a． 在裝配之前先焊接冀緣板和腹板的對接焊縫

b． 組立裝配成工字梁，冀板和腹板要調平處理，組立時對稱點固，冀板和腹板最好不要留間隙

c． 焊接工字梁：焊接要調好焊接規范，四條焊縫從一個方向施焊，焊接方向為對角施焊；從施焊要對稱焊接，使能量相互抵消減少形變

d． 組裝端板與肋板：去工字鋼的長短，氣割后要磨去氧化鐵渣

e． 焊接端頭板與肋板：應先焊冀緣板相連的短焊縫，再焊接與腹板相連的長焊縫，正反兩面的焊接方向要一致，保證焊縫受熱或收縮一致，減少變形

對接接頭——強度可以達到與母材相等，受力也比較均勻

角接接頭——這種接頭主要是板邊與板面接觸，而且還有交叉焊縫，受力條件較差，而且存在較高的應力集中。焊接時約束度大，容易產生裂紋等缺陷

搭接接頭——非承載接頭，主要用于支座與客體的連接。

綜上所述，焊接接頭的應力與變形可以歸納為

1．焊接接頭變形的兩個基本屬性：不均勻性和應力集中。

2．影響焊接接頭性能的兩個因素：力學因素和材質因素。

3．影響焊接接頭性能的力學因素有：

1） 接頭形狀的改變。

2） 焊接缺陷

3） 殘余應力

4） 殘余變形

4．影響焊接接頭性能的材質因素有：

1） 焊接熱循環所引起組織的變化。

2） 焊后熱處理

3） 焊后殘余變形的矯正。