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焊接残余变形1 试述焊接残余变形的种类。
焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。
焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。
焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种，见图1，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。
2 焊件在什么情况下会产生纵向收缩变形？焊件焊后沿平行于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为纵向收缩变形。
当焊缝位于焊件的中性轴上或数条焊缝分布在相对中性轴的对称位置上，焊后焊件将产生纵向收缩变形，其焊缝位置见表1。
焊缝的纵向收缩变形量随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加，随焊件截面积的增加而减少，其近似值见表2。
表2 焊缝纵向收缩变形量的近似值（mm/m）注：表中所表示的数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区域中的纵向收缩变形量，适用于中等厚度的低碳钢板。
3 试述焊缝的横向收缩变形量及其计算。
焊件焊后在垂直于焊缝方向上发生的收缩变形称为横向收缩变形，横向收缩变形量随板厚的增加而增加。
低碳钢对接接头、T形接头和搭接接头的横向收缩变形量，见表3、表4。
表5 对接接头横向收缩变形量的近似计算公式①δ——板厚（mm）。
当两板自由对接、焊缝不长、横向没有约束时，横向收缩变形量要比纵向的大得多。
4 焊件在什么情况下会产生弯曲变形？如果焊件上的焊缝不位于焊件的中性轴上，并且相对于中性轴不对称（上下、左右），则焊后焊件将会产生弯曲变形。
如果焊缝集中在中性轴下方（或下方焊缝较多）则焊件焊后将产生上拱弯曲变形；相反如果焊缝集中在中性轴上方（或上方焊缝较多），则焊件焊后将产生下凹弯曲变形。
又如果焊件相对焊件中性轴左、右不对称，则焊后将产生旁弯，焊件产生弯曲变形的焊缝位置，见表6。
5 试述焊件产生角变形的原因及其数值。
焊接时，由于焊接区沿板材厚度方向不均匀的横向收缩而引起的回转变形称为角变形见图1b。
△L横≈0.1δ，δ=板厚。
（间隙和线能量最小化）焊接变形收缩余量计算公式焊接变形收缩始终是一个比较复杂的问题，对接焊缝的收缩变形与对接焊缝的坡口形式、对接间隙、焊接线的能量、钢板的厚度和焊缝的横截面积等因素有关，坡口大、对接间隙大，焊缝截面积大，焊接能量也大，则变形也大。
为了给设计人员提供一定的参考，贴几个公式1、单V对接焊缝横向收缩近似值及公式：y = 1.01*e^（0.0464x）y＝收缩近似值e＝2.718282x＝板厚2、双V对接焊缝横向收缩近似值及公式：y = 0.908*e^（0.0467x ）y＝收缩近似值e＝2.718282x＝板厚、4、5、6、1 试述焊接残余变形的种类。
焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。
焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。
焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种，见图1，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。
2 焊件在什么情况下会产生纵向收缩变形？焊件焊后沿平行于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为纵向收缩变形。
当焊缝位于焊件的中性轴上或数条焊缝分布在相对中性轴的对称位置上，焊后焊件将产生纵向收缩变形，其焊缝位置见表1。
焊缝的纵向收缩变形量随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加，随焊件截面积的增加而减少，其近似值见表2。
表2 焊缝纵向收缩变形量的近似值（mm/m）注：表中所表示的数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区域中的纵向收缩变形量，适用于中等厚度的低碳钢板。
3 试述焊缝的横向收缩变形量及其计算。
焊件焊后在垂直于焊缝方向上发生的收缩变形称为横向收缩变形，横向收缩变形量随板厚的增加而增加。
低碳钢对接接头、T形接头和搭接接头的横向收缩变形量，见表3、表4。
对接接头横向收缩变形量的近似计算公式，见表5。
§3.5 焊接残余应力和残余变形热变形和热应力——焊接构件在施焊过程中，由于受到不均匀的电弧高温作用，在焊件中将产生变形和应力（有约束）。
残余应力和残余变形——冷却后，焊件产生反向的应力和变形。
一．成因及特点1．基本假设1) 假定焊件由纤维组成，但各纤维之间相互约束（变形时保持平面）。
2) 当温度t≤500℃时，弹性模量E =const.t>600℃时，E →0；500℃＜t ＜600℃时，E 按线性变化。
1． 残余应力1) 纵向焊接应力2) 横向焊接应力3) 厚度方向的焊接应力2． 成因：不均匀分布的温度场，同时存在局部高温，加上纤维间的相互约束，便产生了焊接残余应力。
由于约束程度不同，一部分残余应力会以残余变形的形式释放出来。
3． 特点：自相平衡力系。
二．焊接残余应力对构件工作的影响1．对强度无影响2．降低构件的刚度3．降低构件的稳定承载力由于刚度降低，有效截面减小，过早地进入弹塑性区,弹性模量降低，所以稳定承载力降低（因为22cr /πλσE =）fy 0.3yyyf yyf 0.54．降低构件的疲劳强度残余应力的存在，加快了疲劳裂纹的开展速度（双向或三向拉力场），因此，疲劳强度降低。
5．加剧低温冷脆材料在低温下呈脆性，焊接残余应力的同号拉力场会阻碍材料塑性的发展，加重了脆性因素。
三．焊接残余变形对构件工作的影响1．构件不平整，安装困难，且产生附加应力；2．变轴心受压构件为偏心受压构件。
四．保证焊接质量及减小焊接残余应力的措施1．设计方面（1）采用细长，不采用短粗的焊缝；（2）对称布置焊缝，减小变形；（3）不等高连接加不大于1:2.5(直接承受动力荷载且需验算疲劳的结构不大于1:4)的斜坡，减小应力集中；≤1:2.5≤1:2.5≤1:2.5≤1:2.5（4）尽量防止锐角连接；（5）焊缝不宜过于集中，不要出现三向交叉焊缝；（6）注意施焊方便，以保证焊接质量。
2．制造方面（1）焊件预热法；（2）锤击法；减小残余应力（3）退火法；（4）反变形法；（5）合理施焊次序；减小残余变形（6）局部加热法。
焊接结构生产总复习题一、选择题1．焊接加热时，焊件不能自由膨胀，冷却时焊件不能自由收缩，那么焊后焊件（C）。
A. 存在残余应力，不存在焊接变形B. 存在残余变形，不存在残余应力C. 存在残余应力和残余变形D. 既不存在残余应力也不存在残余变形2．焊接残余应力按其产生的原因，可分为热应力、塑变应力和（A）。
A. 相变应力B. 拘束应力C. 工作应力D. 瞬时应力3．手工电弧焊焊接长直焊缝时，若采用直通焊，焊缝的后焊部分比先焊部分的横向收缩（B）A. 小B. 大C. 相同D. 不定4．选择坡口形式还应注意到焊接材料（A）、可焊到性、坡口加工能力和焊接变形。
A. 消耗量B. 特点C. 种类D. 强度5．采用刚性固定法焊接，可减小（B）。
A. 焊接应力B. 焊接变形C. 焊缝强度D. 焊材消耗量6．通常选择零件的最（B）表面作为主要定位基准面。
A. 小B. 大C.长D. 不定7．高压容器属于第（C）类压力容器。
A. ⅠB. ⅡC. ⅢD. Ⅳ8．（C）接头受力较均匀，因此常用于筒体与封头等重要部件的连接。
A. 搭接B. 十字C. 对接D. 角接9．利用制品上的圆柱形孔的内表面定位时，可以采用（D）定位。
A. 挡块B. 定位样板C. V形铁D. 定位销10.关于焊接工艺评定的规定，叙述不正确的是（C）。
A. 改变焊接方法，需重新评定B. 改变焊接材料，需重新评定C. 材质相同的板材试件对接焊缝的工艺评定不适用于管材焊件D. 钢材类别改变时，需重新评定11．焊缝过程中产生的（A）变形越大,焊后产生的残余应力和残余变形就越大。
A. 压缩塑性B. 压缩弹性C. 拉伸弹性D. 弯曲12．钢板拼接时，相邻两条焊缝应错开，错开距离应（C）。
A. 大于筒体厚度的1.5倍且不小于50mmB. 大于筒体厚度的2倍且不小于75mmC. 大于筒体厚度的3倍且不小于100mmD. 大于筒体厚度的3倍且不小于75mm13．火焰矫正法中的点状加热点的直径不小于（B）毫米。
二、思考题1、什么是锻压？有什么特点？锻压是利用外力使金属坯料产生塑性变形，获得所需尺寸、形状及性能的毛坯或零件的加工方法。
锻压是锻造和冲压的总称。
其特点主要为：（1）改善金属的组织、提高力学性能。
（2）材料的利用率高。
（3）较高的生产率。
（4）毛坯或零件的精度较高。
（5）锻压所用的金属材料应具有良好的塑性，以便在外力作用下，能产生塑性变形而不破裂。
（6）不适合成形形状较复杂的零件。
2、用于锻压加工的材料主要应具有哪些性能？（2、3题重复）主要是塑性好、变形抗力小的材料。
3、锻压加工对零件的机械性能有何影响？主要是塑性好、变形抗力小的材料。
4、锻压加热的目的是什么？（与20题重复）锻造前对坏料加热的目的是使锻件发生组织变化，提高材料的塑性变形能力，适宜锻造成型。
5、加热时可能出现哪些缺陷？怎样避免？过热、过烧氧化脱碳晶粒粗大、开裂等合理控制加热温度和保温时间，不要高于始锻温度及过长时间保温。
6、什么是加热规范？（可去除，与7题重复）7、什么是锻造温度范围、始锻温度和终锻温度？锻造温度：锻造时允许的最高加热温度。
终锻温度：停止锻造的温度。
锻造温度范围：对工件实施锻造成型的合适温度区间，即始锻温度和终锻温度得范围。
8、测量加热温度有哪几种方法？常用的是哪种方法？（可去除）（1）温度计法：通过加热炉上的热电偶温度计，显示炉内温度；也可使用光学高温计测工件的温度。
（2）目测法饿：根据坯料颜色和明亮度不同来判别温度。
9、为什么低于终锻温度的坯料不能再继续锻造？低于终锻温度的坯料内部产生脆性的化合物，材料塑性降低，容易断裂。
10、过热对锻件质量有何影响？如何补救？过热使材料组织粗大，宜氧化脱碳，力学性能下降。
可以采用完全退火进行补救。
11、什么是自由锻造？有哪些基本工序？自由锻造：锻造过程中，金属坯料在上、下抵铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制，其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。
自由锻的基本工序：（1）墩粗是使坏料高度减小、横截面积增大的工序。
焊接残余变形一、焊接残余变形的分类1．纵向和横向收缩变形a)纵向收缩：焊件在焊后沿焊缝长度方向上的收缩。
纵向收缩变形随焊缝长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加。
b)横向收缩：焊件在焊后沿焊缝宽度方向上的收缩。
横向收缩变形随焊接热输入、焊缝宽度、焊脚尺寸的增加而增加。
2．角变形是焊接时，由于焊缝区沿厚度方向产生的横向收缩不均匀引起的弯曲变形。
角变形的大小与焊接方法、焊接道数及坡口形式有关。
3．弯曲变形是结构上焊缝分布不时称，焊缝收缩引起的变形，用挠度f表示。
挠度是指焊件的中心轴线偏离原中心轴线的最大距离。
4．扭曲变形是焊件的施焊顺序不合理、组装不良或纵向有错边，焊接时角变形量长度方向不均匀，焊缝的纵向和横向收缩没有限一定的规律，引起的变形。
5．波浪变形由于结构件的刚性较小，在焊缝的纵向和横向收缩共同作用下造成较大的压应力而引起波浪变形。
二、控制焊接残余变形的工艺措施1．设计方面在保证构件有足够承载能力的前提下，尽量减少焊缝尺寸，焊缝的数量，合理安排焊缝的位置，焊缝尽可能对称分布避免局部焊缝过分集中。
2．工艺方面选择合理的组装焊接顺序a)大型复杂的焊接结构，在条件允许的情况下，分成若干个分别焊接，然后将各单元总体拼装成整体后再进行整体焊接。
b)对称结构上的对称焊缝，这样可以使两侧产生的焊接变形相互抵消。
c)非对称布置的焊缝。
3．反变形法焊前使焊件具有一个与焊后变形方向相反、大小相当的变形，以便恰好能抵消焊接后产生的变形。
这种方法的关键在于反变形量大小的设置，反变形量的大小应依据在自由状态下施焊测得的焊接变形，并结合弹性变形作适当的调整。
4．刚性固定法焊前对焊件要用外加刚性拘束，使其在不能自由变形的条件下焊接，强制焊接在焊接时不能自由变形，这样可减小焊接变形。
应指出，当外加刚性拘束去除后，由于残余应力的作用，焊件上会残留一定的变形，但比起自由变形来小得多，另外采用刚性固定法，使焊接接头中产生较大的残余应力，对于一些焊后容易裂的材料应慎用。
△L横≈0.1δ，δ=板厚。
（间隙和线能量最小化）焊接变形收缩余量计算公式焊接变形收缩始终是一个比较复杂的问题，对接焊缝的收缩变形与对接焊缝的坡口形式、对接间隙、焊接线的能量、钢板的厚度和焊缝的横截面积等因素有关，坡口大、对接间隙大，焊缝截面积大，焊接能量也大，则变形也大。
为了给设计人员提供一定的参考，贴几个公式1、单V对接焊缝横向收缩近似值及公式：y = 1.01*e^（0.0464x）y＝收缩近似值e＝2.718282x＝板厚2、双V对接焊缝横向收缩近似值及公式：y = 0.908*e^（0.0467x ）y＝收缩近似值e＝2.718282x＝板厚、4、5、6、1 试述焊接残余变形的种类。
焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。
焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。
焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种，见图1，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。
2 焊件在什么情况下会产生纵向收缩变形？焊件焊后沿平行于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为纵向收缩变形。
当焊缝位于焊件的中性轴上或数条焊缝分布在相对中性轴的对称位置上，焊后焊件将产生纵向收缩变形，其焊缝位置见表1。
焊缝的纵向收缩变形量随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加，随焊件截面积的增加而减少，其近似值见表2。
表2 焊缝纵向收缩变形量的近似值（mm/m）注：表中所表示的数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区域中的纵向收缩变形量，适用于中等厚度的低碳钢板。
3 试述焊缝的横向收缩变形量及其计算。
焊件焊后在垂直于焊缝方向上发生的收缩变形称为横向收缩变形，横向收缩变形量随板厚的增加而增加。
低碳钢对接接头、T形接头和搭接接头的横向收缩变形量，见表3、表4。
对接接头横向收缩变形量的近似计算公式，见表5。
第三节焊接残余变形一、焊接残余变形的分类1．纵向和横向收缩变形a)纵向收缩：焊件在焊后沿焊缝长度方向上的收缩。
纵向收缩变形随焊缝长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加。
b)横向收缩：焊件在焊后沿焊缝宽度方向上的收缩。
横向收缩变形随焊接热输入、焊缝宽度、焊脚尺寸的增加而增加。
2．角变形是焊接时，由于焊缝区沿厚度方向产生的横向收缩不均匀引起的弯曲变形。
角变形的大小与焊接方法、焊接道数及坡口形式有关。
3．弯曲变形是结构上焊缝分布不时称，焊缝收缩引起的变形，用挠度f 表示。
挠度是指焊件的中心轴线偏离原中心轴线的最大距离。
4．扭曲变形是焊件的施焊顺序不合理、组装不良或纵向有错边，焊接时角变形量长度方向不均匀，焊缝的纵向和横向收缩没有限一定的规律，引起的变形。
．5．波浪变形由于结构件的刚性较小，在焊缝的纵向和横向收缩共同作用下造成较大的压应力而引起波浪变形。
二、控制焊接残余变形的工艺措施1．设计方面在保证构件有足够承载能力的前提下，尽量减少焊缝尺寸，焊缝的数量，合理安排焊缝的位置，焊缝尽可能对称分布避免局部焊缝过分集中。
2．工艺方面选择合理的组装焊接顺序a)大型复杂的焊接结构，在条件允许的情况下，分成若干个分别焊接，然后将各单元总体拼装成整体后再进行整体焊接。
b)对称结构上的对称焊缝，这样可以使两侧产生的焊接变形相互抵消。
c)非对称布置的焊缝。
3．反变形法焊前使焊件具有一个与焊后变形方向相反、大小相当的变形，以便恰好能抵消焊接后产生的变形。
这种方法的关键在于反变形量大小的设置，反变形量的大小应依据在自由状态下施焊测得的焊接变形，并结合弹性变形作适当的调整。
．4．刚性固定法焊前对焊件要用外加刚性拘束，使其在不能自由变形的条件下焊接，强制焊接在焊接时不能自由变形，这样可减小焊接变形。
应指出，当外加刚性拘束去除后，由于残余应力的作用，焊件上会残留一定的变形，但比起自由变形来小得多，另外采用刚性固定法，使焊接接头中产生较大的残余应力，对于一些焊后容易裂的材料应慎用。
焊接残余变形的基本形式
(一)收缩变形
这种变形又可具体分为纵向缩短和横向缩短，如图8—1a所示的两块对接钢板，经焊接后。
长度和宽度方向的尺寸都比原来变短。
这种变形是由于焊缝
的纵向收缩和横向收缩引起的。
(二)角变形
这种变形是由于焊缝横截面形状不对称或施焊层次不合理，致使焊缝在板厚度方向上横向收缩量不一致所产生的。
如图8—1b所示V形坡口对接焊后发生了角变形，主要是由于焊缝截面上宽下窄使焊缝的横向收缩量上大下小而引起的。
(三)弯曲变形
这种变形是由于焊件上焊缝布置不对称或焊件断面形状不对称，焊缝的纵向收缩所引起的。
如图8—1c所示，T型梁的焊缝位置位于梁的中心线下方，
焊后由于焊缝纵向收缩，造成了弯曲变形。
(四)波浪变形
薄板气焊时最容易产生波浪变形，如图8—1d所示。
其产生的原因是焊缝的纵向收缩和横向收缩共同作用的结果。
一方面由于焊缝的纵向收缩，使薄板边缘产生压应力，当压应力超过一定数值时，便在薄板边缘出现了波浪形的变形；另一方面由于焊缝的横向收缩引起角变形，这些角变形连贯起来就形成了波浪变形。
(五)扭曲变形
如图8—1e所示，这种变形产生的原因主要是因装配质量不好、工件搁置不当，焊接顺序和焊接方向不合理，致使焊缝纵向收缩和横向收缩不一致所造成的。
一般这种变形在气焊件中很少碰到。
综上所述，焊后焊缝的纵向收缩和横向收缩是引起各种焊接残余变形和焊接残余应力的重要原因。
同时还说明，焊缝的收缩能否转变成各种形式的变形还和焊缝在结构上的位置、焊接顺序和焊接方向以及结构的刚性大小等因素有直接的关系。
