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薄板焊接變形的形成原因和控制方法

作者:小編 時(shí)間:2024/7/10 9:13:28

一、薄板焊接變形的成因


薄板焊接變形的主要原因是焊接過(guò)程中的熱應力和熱應變。當薄板被電弧或其他熱源加熱時(shí),會(huì )產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng),導致薄板的熱膨脹和熱收縮。由于薄板的拘束條件和材料性能的差異,不同部位的熱膨脹和熱收縮的程度和方向也不相同,從而產(chǎn)生不均勻的熱應力和熱應變。當熱應變超過(guò)材料的彈性極限時(shí),就會(huì )發(fā)生塑性變形,即焊接變形。

焊接變形可以分為整體變形和局部變形。整體變形是指焊接后整個(gè)結構件的尺寸或形狀發(fā)生的變化,如縱向和橫向收縮、彎曲變形和扭曲變形等。局部變形是指焊接后結構件的局部區域出現的變形,如角變形和波浪變形等。


影響薄板焊接變形的因素有很多,主要包括以下幾個(gè)方面:

  1. 焊接工藝參數。焊接工藝參數主要有焊接電流、電弧電壓和焊接速度等,它們決定了焊接熱輸入量的大小和分布。一般來(lái)說(shuō),焊接熱輸入量越大,焊接變形越大。焊接變形隨焊接電流和電弧電壓的增大而增大,隨焊接速度的增大而減小。因此,為了減少焊接變形,應盡可能采用較小的焊接電流、電弧電壓和較快的焊接速度。


  2. 焊接方法和方式。不同的焊接方法和方式,會(huì )產(chǎn)生不同的溫度場(chǎng)和應力場(chǎng),從而導致不同的焊接變形。一般來(lái)說(shuō),自動(dòng)焊比手工焊加熱集中,受熱區窄,變形較小。CO2氣體保護焊焊絲細,電流密度大,加熱集中,變形小。斷續焊比連續焊溫度場(chǎng)分布均勻,變形小。對稱(chēng)焊比非對稱(chēng)焊能夠抵消或減小變形。反向焊比正向焊能夠減小變形。因此,為了減少焊接變形,應盡可能采用自動(dòng)焊、CO2氣體保護焊、斷續焊、對稱(chēng)焊和反向焊等方法和方式。


  3. 焊縫數量和斷面大小。焊縫數量和斷面大小決定了焊接熱輸入量的總量和分布。一般來(lái)說(shuō),焊縫數量越多,斷面尺寸越大,焊接變形越大。因此,為了減少焊接變形,應盡可能減少焊縫數量和斷面大小,或者采用合理的焊縫布置和形式,避免焊縫過(guò)分集中和交叉。


  4. 焊接結構件的形狀和尺寸。焊接結構件的形狀和尺寸決定了焊接件的剛性和拘束條件。一般來(lái)說(shuō),焊接件的剛性越大,拘束條件越強,焊接變形越小。因此,為了減少焊接變形,應盡可能增加焊接件的剛性和拘束條件,或者采用合理的結構形式和設計,避免產(chǎn)生應力集中和變形敏感的區域。


  5. 焊接材料的熱物理性能。焊接材料的熱物理性能主要有導熱系數、比熱和膨脹系數等,它們決定了焊接件的熱傳導、熱容和熱膨脹能力。一般來(lái)說(shuō),導熱系數越大,比熱越小,膨脹系數越小,焊接變形越小。因此,為了減少焊接變形,應盡可能選擇具有較好熱物理性能的焊接材料,或者采用合理的預熱和后熱處理等措施,改善焊接材料的熱物理性能。



二、薄板焊接變形的控制方法


薄板焊接變形的控制方法主要有以下幾種:


1) 預變形法:


預變形法是在焊接前對焊件施加適當的變形,使其與焊接變形的方向和大小相反,從而抵消或減小焊接變形。預變形法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行,不需要額外的設備和材料,但缺點(diǎn)是需要準確地預測焊接變形的方向和大小,且不適用于復雜的結構件。



2)預置應力法:


預置應力法是在焊接前或焊接過(guò)程中對焊件施加適當的應力,使其與焊接應力的方向和大小相反,從而抵消或減小焊接應力和焊接變形。預置應力法的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地控制焊接變形,且適用于復雜的結構件,但缺點(diǎn)是需要專(zhuān)門(mén)的設備和材料,且操作較為復雜。



3)焊后矯正法:


焊后矯正法是在焊接后對焊件施加適當的力或熱,使其恢復到原來(lái)的尺寸或形狀,從而消除或減小焊接變形。焊后矯正法的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地消除焊接變形,且不受焊接工藝的限制,但缺點(diǎn)是需要額外的工序和設備,且可能影響焊接件的性能和質(zhì)量。



4)防止變形法:


防止變形法是在焊接前或焊接過(guò)程中對焊件采取適當的措施,使其不產(chǎn)生或減少焊接變形。防止變形法的優(yōu)點(diǎn)是能夠從根本上避免焊接變形,且不需要額外的工序和設備,但缺點(diǎn)是需要對焊接工藝進(jìn)行精細的設計和控制,且可能增加焊接的難度和成本。防止變形法主要有以下幾種:

  1. 合理的焊接順序和方向。合理的焊接順序和方向可以使焊接應力和變形均勻地分布在焊件上,從而減少或消除焊接變形。一般來(lái)說(shuō),應從中間向兩端或從兩端向中間進(jìn)行焊接,避免從一端到另一端的連續焊接。應從剛性較大的部位向剛性較小的部位進(jìn)行焊接,避免從剛性較小的部位向剛性較大的部位進(jìn)行焊接。應從變形較小的部位向變形較大的部位進(jìn)行焊接,避免從變形較大的部位向變形較小的部位進(jìn)行焊接。


  2. 合理的焊縫間距和錯開(kāi)距離。合理的焊縫間距和錯開(kāi)距離可以使焊接熱輸入量和焊接應力均勻地分布在焊件上,從而減少或消除焊接變形。一般來(lái)說(shuō),應盡可能增大焊縫間距,避免焊縫過(guò)于靠近。應盡可能錯開(kāi)相鄰的焊縫,避免焊縫過(guò)于集中。


  3. 合理的預熱和后熱處理。合理的預熱和后熱處理可以改善焊接材料的熱物理性能,降低焊接應力和變形的產(chǎn)生,從而減少或消除焊接變形。一般來(lái)說(shuō),應根據焊接材料的類(lèi)型和厚度,選擇適當的預熱溫度和時(shí)間,避免過(guò)熱或不足熱。應根據焊接結構件的形狀和尺寸,選擇適當的后熱處理溫度和時(shí)間,避免過(guò)冷或不足冷。



三、總結


薄板焊接變形是一種常見(jiàn)的金屬加工問(wèn)題,它會(huì )影響焊接件的質(zhì)量和性能。為了控制和減少薄板焊接變形,我們需要了解其成因和影響因素,以及采取有效的控制方法。本文介紹了薄板焊接變形的主要原因和影響因素,以及預變形法、預置應力法、焊后矯正法和防止變形法等四種控制方法。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn),需要根據具體的焊接工藝和結構件的特點(diǎn),選擇合適的方法和參數,實(shí)現薄板焊接變形的最小化。


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