薄板焊接变形产生的原因及控制

焊接应力与变形及其预防和校正措施焊件不均匀局部加热和冷却是导致焊接应力和变形产生的根本原因。

1.焊接变形的基本形式a)收缩（纵向、横向）变形 b)角变形 c)弯曲变形 d)波浪变形 e)扭曲变形 f)错边（长度方向、厚度方向）变形σ＞σs时，产生变形σ＞σb时，产生裂纹，甚至断裂2.预防和减小焊接应力及变形的措施1）合理设计焊接结构（减少焊缝长度和截面积、尽量采用对称焊缝、避免交叉焊缝）；2）焊前预热（焊后冷却时，加热区与焊缝同时收缩。

此法称为加热减应区法：如图a)焊前b)焊后）；3）反变形法4）刚性固定法5）选择合理焊接顺序a)焊接顺序应能使焊件自由收缩 b)对称焊接法 c)长焊缝的分段焊法 d)工字梁的焊接方法6）锤击焊缝法3.焊接变形的校正1）机械矫正法a)压力矫正 b)锤击矫正变形的步骤2）火焰矫正法a）T形梁的火焰矫正 b)薄板波浪变形的火焰矫正4.焊接接头设计1）焊接结构应尽量选用型材成冲压件a)用四块钢板焊成 b)用两根槽钢焊成 c)用两根钢板弯曲后焊成 d)容器上的铸钢件法兰2）合理布置焊缝①焊缝布置应尽量分散a)、b)、c)不合理 d)、e)、f)合理②焊缝和位置应尽量对称布置a)、b)不合理 c)、d)、e)合理③尽量减少构件成焊件接头部位的应力集中a)不合理 b)合理④焊缝应避开最大应力和应力集中部位a)、b)、c)、d)不合理 e)、f)、g)、h)合理⑤对不同厚度钢板的受力对接接头，要采用工艺措施⑥在满足使用要求的前提下，应尽量减少焊缝对结构附加应力的影响a)次要焊缝影响主要受力构件 b)附加元件（卡箍）代替次要焊缝。

焊接缺陷产生原因及防止措施焊接接头的不完整性称为焊接缺陷,主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等;这些缺陷减少焊缝截面积,降低承载能力,产生应力集中,引起裂纹；降低疲劳强度,易引起焊件破裂导致脆断;一缺陷名称：气孔Blow Hole典型缺陷照片二缺陷名称咬边Undercut典型缺陷照片三缺陷名称：夹渣Slag Inclusion埋弧焊接1焊接方向朝母材倾斜方向,因此焊渣流动超前.2多层焊接时,开槽面受焊丝溶入,焊丝过于靠近开槽的侧边.3在焊接起点有导板处易产生夹渣.4电流过小,第二层间有焊渣留存,在焊接薄板时容易产生裂纹.5焊接速度过低,使焊渣超前.6最后完成层电弧电压过高,使得游离焊渣在焊道端头产生搅卷.1焊接改向相反方向焊接,或将母材尽可能改成水平方向焊接.2开槽侧面和焊丝之间距离,最少要大于焊丝直径以上.3导板厚度及开槽形状,需与母材相同.4提高焊接电流,使残留焊渣容易熔化.5增加焊接电流及焊接速度.6减小电压或提高焊速,必要时盖面层由单道焊改为多道焊接.自保护药芯焊丝1电弧电压过低.2焊丝摆弧不当.3焊丝伸出过长.4电流过低,焊接速度过慢.5第一道焊渣,未充分清除.6第一道结合不良.7坡口太狭窄.1调整适当.2加多练习.3依各种焊丝使用说明.4调整焊接参数.5完全清除6使用适当电压,注意摆弧.7改正适当坡口角度及间隙.典型缺陷照片四缺陷名称：未焊透Incomplete Penetration典型缺陷照片五缺陷名称：裂纹CrackCO2气体保护焊1开槽角度过小,在大电流焊接时,产生梨形和焊道裂纹.2母材含碳量和其它合金量过高焊道及热影区.3多层焊接时,第一层焊道过小.4焊接顺序不当,产生拘束力过强.5焊丝潮湿,氢气侵入焊道.6套板密接不良,形成高低不平,致应力集中.7因第一层焊接量过多,冷却缓慢不锈钢,铝合金等.1注意适当开槽角度与电流的配合,必要时要加大开槽角度.2采用含碳量低的焊条.3第一道焊着金属须充分能抵抗收缩应力.4改良结构设计,注意焊接顺序,焊后进行热处理.5注意焊丝保存.6注意焊件组合之精度.7注意正确的电流及焊接速度.埋弧焊接1对焊缝母材所用的焊丝和焊剂之配合不适当母材含碳量过大,焊丝金属含锰量太少.2焊道急速冷却,使热影响区发生硬化.3焊丝含碳、硫量过大.4在多层焊接之第一层所生焊道力,不足抵抗收缩应力.5在角焊时过深的渗透或偏析.1使用含锰量较高的焊丝,在母材含碳量多时,要有预热之措施.2焊接电流及电压需增加,焊接速度降低,母材需加热措施.3更换焊丝.4第一层焊道之焊着金属须充分抵抗收缩应力.5将焊接电流及焊接速度减低,改变极性.6注意规定的施工方法,并予焊接操典型缺陷照片六缺陷名称：变形Distortion七其他缺陷典型缺陷照片－焊穿－－搭叠－－焊道蛇形－。

焊接应力与变形：4.2.1 焊接变形和残余应力的不利影响：焊接变形{1.影响工件形状、尺寸精度2.影响组装质量3.增大制造成本———矫正变形费工、费时4.降低承载能力———变形产生了附加应力焊接应力{1.降低承载能力2.引起焊接裂纹，甚至脆断3.在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹4.引起变形4.2.2 焊接变形和应力的产生原因：根本原因：对焊件进行的不均匀加热和冷却，如图6-2-8焊接应力{焊接加热时，焊缝区受压力应力（因膨胀受阻，用符号“-”表示）远离焊缝区手拉应力（用符号“+”表示）焊后冷却时，焊缝受拉应力（因收缩受阻），远离焊缝区受压应力焊接变形：当焊接应力超过金属σｓ时，焊件将产生变形焊接应力和焊接变形总是同时存在，不会单独存在，当母材塑性较好，结构刚度较小时，焊接变形较大而应力较小；反之，则应力较大而变形较小。

4.2.3 焊接变形的控制和矫正：4.2.3.1 焊接变形的基本形式，如图6-2-9如图6-2-9 常见的焊接残余变形的类型1、2---纵向收缩量 3---横向收缩量 4、5---角变形量 f---挠度（1）收缩变形：即焊件沿焊缝的纵向和横向尺寸减少，是由于焊缝区的纵向和横向收缩引起的。

如图5-2-9 a（2）角变形：即相连接的构件间的角度发生改变，一般是由于焊缝区的横向收缩在焊件厚度上分布不均匀引起的。

如图5-2-9b（3）弯曲变形：即焊件产生弯曲。

通常是由焊缝区的纵向或横向收缩引起的。

如图5-2-9c（4）扭曲变形：即焊件沿轴线方向发生扭转，与角焊缝引起的角度形沿焊接方向逐渐增大有关。

如图5-2-9d（5）失稳变形（波浪变形）：一般是由沿板面方向的压应力作用引起的。

如图5-2-9e4.2.3.2 控制焊接变形的措施（1）设计措施（详见焊接结构设计）尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状，合理安排焊缝位置──尽量使焊缝对称或接近于构件截面的中性轴（以减少弯曲变形）。

如图6-2-10图6-2-10 焊缝位置安排（2）工艺措施①反变形法：即焊前使构件产生与焊接残余变形方向相反的变形，使焊后变形相互抵消。

１ 焊 接 变 形 的种 类 及 其原 因分 析 薄板结构件的厚 度一般 不超 过４ ｎ ＇ ｌ Ｆ ｆ ｌ ， 在进 行薄 板结 构件 焊接时需要采用 电弧焊 方式 。由于结 构件 的厚 度 限制 ， 薄板 结构件容易变形 ， 再加上焊接技 术需要迅 速加热 与冷却 ， 这种
高强度的焊接方 式导致 薄板 极易 变形 。当前 ， 薄板 结构 件 的 焊接技术仍然存 在焊接 变形 的瓶 颈 ， 在 焊接 变形处 理 中主要 还是采取预防与矫正 的方法 。 薄板结构件 的焊接主要运用 电弧焊技 术。 电弧 焊技术 主 要是对结构板进 行不均 匀加 热与 冷却 ， 进行 有效焊 接 的 同时 也增加 了薄板变形 的几率 。造 成薄板结构件 焊接变形 的最 根 本 因素是焊接过程 中的冷热极 限变形与焊 接结构件 的 自身 刚 性 因素 。薄板结 构件 的焊 接变形 中的热变 形影 响因素 中包 括 焊接工艺 、 焊接参 数 、 断面大 小与 焊缝数 量 、 薄板 材料 的热 物 理性能 。焊接变形影 响因素中的焊接参数 包括焊接 电流 电弧 电压计 焊接 速度等 ， 一般而言 ， 焊接 电流及 电压与结 构件 变形 度成正比 ， 而与焊接 的速度成反 比例 ， 在焊 接时适 时参考 与变 化焊接参数 可以有 效预 防焊接 变形 。此 外 ， 在薄 板 的结构 件 焊 接中不同的焊接工 艺会 有不 同的变形 度 ， 焊接 工艺 中加 热 集中、 电流密度大 的焊接工艺能有 效进行变形 控制 ， 当前 常用 的 自动手工焊接具 有加热集 中的特点 ， 是 有效 的薄板 结 构件 焊接变形改 良方法。薄板结构件的变形还 受结构件 自身 的刚 性 系数影响 ， 结构件 的刚性 系数包 括构建 的尺寸与形 状 、 焊接 程序及胎夹具的应 用等 ， 结构 件 的焊接变 形程 度与构 件 的刚 性 之间是反 比例关 系 ， 结 构件 的 刚性 强 ， 构 件 的变 形程 度 就