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1、,3.4 焊接残余变形焊接残余变形的分类：分七类,纵向收缩变形 横向收缩变形,挠曲变形,角变形 波浪变形：薄板易发生,错边变形：长度方向和厚度方向,螺旋形变形,焊接变形影响结构尺寸的准确、美观可能降低结构承载能力（附加弯曲应力）,焊接变形可能降低结构承载能力举例二,二、纵向收缩变形以及它引起的挠曲变形,产生原因：焊缝及其附近区域在焊接高温的作用下产生纵向的压缩塑性变形，焊件冷却后这个区域要收缩，于是引起纵向收缩变形。,假想力作用在塑性变形区上,焊件纵向收缩的影响因素,纵向收缩变形量一般随长度的增加而增加；焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩量越小；纵向收缩变形量还取决于材料的弹性模量、压缩塑性变形
2、区的面积和压缩塑性变形量等。,影响压缩塑性变形量的因素？,压缩塑性变形量与纵向收缩变形量成正比；其大小与焊接方法、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。一般情况下，压缩塑性变形量与热输入成正比。,线能量对焊接纵向变形的影响:多层焊与单层焊,但多层焊所引起的总变形量并不等于各层焊缝之和，因为各层所产生的塑性变形区面积是相互重叠的。,多层焊时每层焊缝所产生的压缩塑性变形区面积比单层焊时小。,原始温度对焊件纵向收缩的影响,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，当原始温度高到某一程度，可能会出现相反的情况：因为随着原始温度的提高，焊件上的
3、温差减小，温度趋于均匀化，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。,焊件材料的线膨胀系数的影响,线膨胀系数大的材料，焊后纵向收缩量大，如不锈钢和铝比碳钢焊件的收缩量大等。,细长构件纵向收缩量的经验公式估算:,单层焊的纵向收缩量,多层焊的纵向收缩量,两面角焊缝丁字接头 再乘以系数1.151.40,钢制构件的挠度估算,单道焊缝引起的挠度:,多层焊和双面角焊缝引起的挠度:,三、横向收缩变形及其产生的挠曲变形,在热源附近的金属受热膨胀，受周围较冷金属的约束而承受压应力，在板宽方向上产生压缩塑性变形，并使其厚度增加，结果表现为横向收缩。产生横向收缩变形的过程比较复杂，影响因素很
4、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，其中以热输入、装配间隙、接头形式等影响最为明显。,堆焊及角焊缝,角焊缝的横向收缩要比对接焊缝的横向收缩小得多。同样的焊缝尺寸，板越厚，横向收缩变形越小。,角焊缝的横向收缩,横向收缩变形的影响因素,不管何种接头形式，其横向收缩变形量总是随焊接热输入增大而增加。装配间隙对横向收缩变形量的影响也比较大，且情况复杂：一般来说，随着装配间隙的增大，横向收缩也增加。另外，横向收缩量沿焊缝长度方向分布是不均匀的：因为先焊的焊缝冷却收缩对后焊的焊缝有一定挤压作用，使后焊的焊缝横向收缩量更大一般来说，焊缝的横向收缩沿焊接方向是由小到大，逐渐增大到
5、一定长度后便趋于稳定;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，后半部分比前半部分要大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。,横向收缩变形与线能量和板厚的关系,横向收缩在焊缝长度方向上的分布,对接接头,留有间隙的平板对接焊的横向变形,不留间隙的平板对接焊的横向变形,对接接头的横向收缩量,对接接头的横向收缩量随焊缝金属量的增加而增大；热输入、板厚和坡口角度增大，横向收缩量也增加，但是板厚的增大会使接头的刚度增大，可以限制焊缝的横向收缩，使横向收缩量减少。多层焊时，先焊的焊道引起的横向收缩较明显，后焊焊道引起的
6、横向收缩量逐层减小。焊接方法对横向收缩量也有影响：如相同尺寸的构件，采用埋弧自动焊比采用焊条电弧焊时横向收缩量小；气焊的横向收缩量比电弧焊的大。,沿焊缝纵向热变形对横向变形的影响,四、角变形,产生原因：横向收缩在厚度方向上的不均匀分布,平板堆焊时，在钢板厚度方向上的温度分布是不均匀的:温度高的一面受热膨胀较大，另一面膨胀小甚至不膨胀。,（1）平板堆焊的角变形,由于焊接面膨胀受阻，出现较大的压缩塑性变形，这样，冷却时在钢板厚度方向上产生收缩不均匀的现象，焊接一面收缩大，另一面收缩小，所以产生角变形。,（1）平板堆焊的角变形,角变形的大小与焊接热输入、板厚等因素有关，当然也与焊件的刚性有关。当热输
7、入一定，板厚越大，厚度方向上的温差越大，角变形增加；但当板厚增大到一定程度，此时构件的刚性增大，抵抗变形的能力增强，角变形反而减小。板厚一定时，热输入增大，压缩塑性变形量增加，角变形增加；但热输入增大到一定程度，堆焊面与背面的温差减小，角变形反而减小。,（1）平板堆焊的角变形的影响因素,对接接头的角变形,对接焊层数与角变形的关系,（2）对接接头的角变形,对接接头的角变形主要与坡口形式、坡口角度、焊接层数、焊接顺序等有关。坡口截面不对称的焊缝，其角变形大，因而用X形坡口代替V形坡口，有利于减小角变形；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。同样板厚和坡口形式下，多层焊比单层焊角
8、变形大，多层多道焊比多层焊角变形大。另外，坡口截面对称，采用不同的焊接顺序，产生的角变形大小也不相同，X形坡口对接接头，先焊完一面后翻转再焊另一面，焊第二面时，焊件刚性增加，焊接时所产生的角变形小于第一面产生的角变形，最终产生一定的残余角变形。,对接多层焊防止角变形方法,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来获得最小的角变形。或：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应相反。,图2-10 角变形与焊接顺序的关系,a)对称坡口非对称焊 b)对称坡口对称交替焊c)对称坡口非对称焊
9、d)非对称坡口非对称焊,薄板焊接时，正反面的温差小，且薄板的刚度小，焊接过程中，在压应力作用下易产生失稳，使角变形方向不定，没有明显规律性。,（3）T形接头角变形,T形接头的角变形:可以看成是由立板相对于水平板的回转，与水平板本身的角变形两部分组成，,T形接头不开坡口焊接时，其立板相对于水平板的回转相当于坡口角度为90的对接接头角变形，如图2-11 b所示；水平板本身的角变形相当于水平板上堆焊引起的角变形，如图2-11 c所示。这两种角变形综合的结果，使T形接头两板间的角度发生如图2-11 d所示的变化。,如何减小T形接头角变形,为了减小T形接头角变形：一方面可以通过开坡口来减小立板与水平板间的焊缝夹角，减小值；另一方面还可以通过减小焊脚尺寸来减少焊缝金属量，降低值。,丁字接头的角变形,五、波浪变形,产生原因：受压部位失稳,螺旋形变形,八、预防焊接变形的措施,设计措施1.合理选择焊缝尺寸和形式,开坡口的好处:减小变形节省人力物力,减小焊接变形措施:坡口选取,设计措施之二2.减少不必要的焊缝,设计措施之三3.合理安排焊缝位置焊缝尽量对称于中性轴或靠近中性轴,工艺措施,1.反变形法,2.刚性固定法,3.合理选择焊接方法和焊接规范,4.选择合理的装配焊接次序,方案一,方案二,方案三*,九、矫正焊接变形的方法,机械矫正法,火焰加热矫正法,焊接角变形的利用火焰成型(水火弯板),
