焊接收缩量

焊接结构产生收缩变形的原因分析,机械自动化-摘要：焊接结构在焊接过程中将不可避免的会产生焊接变形，焊接变形对结构的生产加工产生了一系列不利的影响，甚至造成结构的报废。

焊接变形的类型较多，但不论是何种变形，它们形成的根源是由于焊缝的纵向和横向缩短造成的。

本文论述了焊接结构产生纵向和横向收缩变形的主要原因及影响因素。

关键词：焊接结构纵向横向变形原因1 引言机械制造工业是国民经济的基础工业，它决定着整个国家的工业生产能力和水平，而焊接技术则是机械制造工业中的关键技术之一。

随着现代工业的高速发展，焊接结构的应用也几乎涉及到国民经济的各个领域，如石油与化工机械、超重运输设备、宇航运载工具、车辆与船舶制造、冶金、矿山、建筑结构及国防工业等。

但结构在焊接时，往往会产生各种类型的焊接变形，如弯曲变形、角变形、扭曲变形、错边变形等，这些变形形成的根本原因是由于焊缝的收缩造成的。

焊接变形会降低焊接结构的承载能力和使用寿命，而且在焊后要进行大量复杂的矫正工作，严重的甚至造成焊件报废。

因此在生产过程中必须控制焊接结构的变形，才能提高产品质量和缩短生产周期，所以研究焊缝产生收缩变形的原因及影响因素具有重要的意义。

2 焊接结构产生焊接变形的根本原因焊接热过程是一个不均匀加热的过程，在焊接热源的作用下，液态金属周围的温度分布极不均匀，引起焊件各区域不均匀的体积膨胀和收缩，从而产生焊接变形。

3 焊接结构产生收缩变形的原因及影响因素由于焊接接头的形式、钢板的厚薄、焊缝的长短、焊件的形状、焊缝的位置等原因，会出现各种不同形式的变形，按基本变形的形式不同，焊接结构的变形种类有：（1）收缩变形焊件焊后其尺寸的缩短称为收缩变形。

它分为纵向收缩变形和横向收缩变形。

如图所示图纵向横向收缩变形1）纵向收缩变形纵向收缩变形即沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。

这是由于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，待焊件冷却后，这些纵向的压缩塑性变形导致焊件沿焊缝长度方向尺寸缩短，即产生了纵向收缩变形。

焊接变形原因分析及其防止措施摘要：本文重点对常见焊接变形的原因进行分析，并根据原因分别从设计和工艺两个方面论述防止变形的措施。

关键词：焊接变形原因分析防止措施随着新材料、新结构和新焊接工艺的不断发展，有越来越多的焊接应力变形和强度问题需要研究。

焊接变形在焊接结构生产中经常出现，如果构件上出现了变形，不但影响结构尺寸的准确性和外观美观，而且有可能降低结构的承载能力，引起事故。

同时校正焊接变形需要花费许多工时，有的变形很大，甚至无法校正，造成废品，给企业带来损失。

因此掌握焊接变形的规律和控制焊接变形具有十分重要的现实意义。

一、焊接变形种类生产中常见的焊接变形主要有纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形、错边变形、螺旋变形。

这几种变形在焊接结构中往往并不是单独出现，而是同时出现，相互影响。

在这里重点对生产中经常出现的纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、错边变形进行分析。

二、焊接变形原因分析1.纵向收缩变形。

焊接时，焊缝及其附近的金属由于在高温下自由变形受到阻碍，产生的压缩性变形，在平行于焊缝的变形称之为纵向收缩性变形。

焊缝纵向收缩变形量可近似的用塑性变形区面积S来衡量，变形区面积S于焊接线能量有直接关系，焊接线能量越小，S越小，反之S越大。

同样截面的焊缝可以一次焊成，也可以分几层焊成，多层焊每次所用的线能量比单层焊时小得多，因此每层焊缝产生的塑性变形区的面积S比单层焊时小，但多层焊所引起的总变形量并不等于各层焊缝的总和。

因为各层所产生的塑性变形区面积和是相互重叠的。

从上述分析可以看出多层焊所引起的纵向收缩比单层焊小，所以分的层数越多，每层所用的线能量就越小，变形也越小。

2.横向收缩变形。

横向收缩变形是指垂直于焊缝方向的变形，焊缝不但发生纵向收缩变形，同时也发生横向收缩变形，其变形产生的过程比较复杂，下面分几种焊缝情况来分析。

2.1堆焊和角焊缝。

首先研究在平板全长上对焊一条焊缝的情况。

当板很窄，可以把焊缝当作沿全长同时加热，采用分析纵向收缩的方法加以处理。

影响焊接应力和焊接变形的因素及控制措施摘要：本文主要探讨了电站管道焊接过程中常见的焊接变形和焊接应力产生的主要因素，以及焊接变形和焊接应力的控制措施，希望对以后的焊接工作有一些帮助。

关键词：焊接变形，焊接应力，热循环，焊接工艺，控制目前火力发电朝着大容量机组发展，来满足日益增长的用电需求和达到节能减排的重要目标。

而在火电建设事业中，焊接技术成了一个关键的课题。

在施工过程中，由于焊接产生的焊接变形和残余应力，严重影响着工程的质量、安装进度和使用性能。

增大了电厂运行的安全隐患。

因而，急需分析其产生的原因，并积极采用合理的方法予以控制。

焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的热循环过程，由于不均匀的温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力并引起焊接变形。

焊接应力与变形对接头的性能有着较大影响，使得焊件强度、韧性下降。

因此将对焊接变形产生原因及其影响因素进行分析，针对不同的焊接施工过程特点，采取不同的措施进行处理，以达到降低或消除焊接变形的目的。

1、影响焊接变形的因素及控制措施1.1焊缝截面积的影响焊缝截面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向，横向的影响趋势是一致的，而且是主要的影响。

因此，在壁厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。

1.2焊接热输入的影响一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。

1.3焊接方法和焊接工艺参数的影响不同焊接方法引起的收缩量也不同。

当焊件的厚度相同时，单层焊的纵向收缩比多层焊收缩大，这是因为多层焊时，先焊焊道冷却后阻止了后焊焊道的收缩。

焊接工艺参数的影响主要为线能量。

一般规律是，随着线能量的增加，压缩塑性变形区扩大，因而收缩量增大。

1.4接头形式的影响在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向变形量有不同的影响。

在电站管道焊接中，接头形式一般是对接接头并且是单面焊双面成型。

焊接变形量计算公式
各向同性收缩变形是指焊件在焊接过程中由于热循环和冷却引起的等方向的线性收缩变形。

其计算公式为：
d=α*L*ΔT
其中，d为焊接变形量，α为焊件的线膨胀系数，L为焊件的长度，ΔT为焊接前后的温度差。

非各向同性变形主要包括挤压变形、屈曲变形和扭曲变形。

其计算公式较为复杂，需要考虑焊接材料的弹性模量、焊接接头的几何形状和焊接参数等因素。

以下是常用的几种计算方法：
1.截面法：根据焊接接头的形状，将其截成若干个截面，在每个截面上计算挤压变形、屈曲变形和扭曲变形的变形量，再将各个截面的变形量相加得到总的变形量。

2.离散单元法：将焊接接头划分成若干个离散单元，对每个单元进行分析和计算，然后将各个单元的变形量相加得到总的变形量。

这种方法适用于复杂几何形状的焊接接头。

3.有限元法：将焊接接头离散成大量的小单元，对每个单元进行应力和变形的分析和计算，然后根据单元之间的边界条件和相互作用关系，计算出总的变形量。

有限元法是一种精确的计算方法，适用于复杂几何形状和需要精确计算的焊接接头。

除了以上计算方法，还可以使用试片试验等方法来计算焊接变形量。

试片试验是将焊接接头和相同材料的试片通过焊接连接，在试片上测量变形量，并将其推广到实际焊接接头上。

总之，焊接变形量的计算是一个复杂的问题，需要考虑焊接材料的性质、焊接接头的形状和焊接参数等多种因素。

通过合理选择计算方法和准确测量变形量，可以减小焊接变形，提高焊接质量。

焊接工艺要求--焊接技术教程文章来源：不详作者：佚名--------------------------------------------------------------------------------该文章讲述了焊接工艺要求--焊接技术教程.打样焊条件应和正式焊缝的焊接相同，由于焊道短，冷却快，焊接电流应比正常焊接的电流大15％～20％。

对于刚度大或有淬火倾向的焊件，应适当预热，以防止焊缝开裂；收弧时注意填满弧坑，防止该处开裂。

在允许的条件下，可选用塑性和抗裂性较好而强度略低的焊条进行定位焊接。

对于开裂的定位焊缝，必须先查明原因，然后再清除开裂的焊缝，在保证杆件尺寸正确的条件下补充定位焊。

3.1.2埋弧焊工艺要求[12] [5] [16]（1）打底焊道熔深大师自动埋弧焊的基本特点，焊接有坡口的对接接头时，为保证能焊透但不至于烧穿，在接头根部焊接第一道焊缝，称为打底焊道。

焊接方法可以是焊条电弧焊或二氧化碳气体保护焊。

使用的焊条或填充焊丝必须使其焊缝金属具有相似于埋弧焊焊缝金属的化学成分和性能。

打底焊道尺寸必须足够大，以承受住施工过程中所施加的任何载荷。

焊完打底焊道之后，须打磨或刨削接头根部，以保证在无缺陷的清洁金属上熔敷第一道正面埋弧焊缝。

如果打底焊道的质量符合要求，则可保留作为整个接头的一部分。

焊接质量要求高时，可在埋弧焊缝完成之后用碳弧气刨或机械加工方法将此打底焊道除掉。

然后再焊上永久性的埋弧焊缝。

（2）其它要求1）采用埋弧焊焊接的焊缝，应在焊缝的端部连接引弧、熄弧板（引板）；引板的材质、厚度和坡口应与所焊件相同。

引板长度不小于80mm；2）埋弧自动焊缝焊接过程中不应断弧，如有断弧则必须将停弧处刨成1：5斜坡，并搭接50mm再引弧施焊，焊后搭接处应修磨均匀。

3.1.3二氧化碳气体保护焊工艺要求[12] [16]（1）CO2气体纯度应不大于99.5﹪，气体流量：细丝（小于1.6mm）短路过渡焊接时一般5～15L/min，粗丝（大于1.6mm）焊接时在10～20L/min。

电子束焊（环形焊缝）中收缩量自动补偿技术研究作者：汪欢侯波张长弓杨朔来源：《中国新技术新产品》2012年第21期摘要：本文主要对环形件在电子束焊中焊缝收缩问题做了一些探讨，并针对此问题给出了一种比较有效的解决方法。

关键词：电子束焊；焊缝收缩；自动补偿；碟形弹簧中图分类号：TQ320.67+4 文献标识码：A1 概述在电子束焊接过程中，在高能电子束的轰击下，焊接接头处的金属迅速熔化，两个对接工件会向焊缝处收缩，产生一定的收缩量。

这样导致焊接夹具的压紧装置和被焊接工件的压紧面分离，从而产生焊接变形。

本文针对这种情况，对焊接工装的结构做出改进，很好的解决了这个问题。

2电子束焊接原理及特点（1）电子束焊接原理热阴极发射的电子，在真空中被高压静电场加速，经磁透镜产生的电磁场聚集成功率密度高达1.5×10瓦/厘米的电子束（束径为0.25～1毫米），轰击到工件表面上，释放的动能转变为热能，熔化金属，焊出既深又窄的焊缝（深/宽比可达10：1～30：1），工件的热影响区和变形量都很小。

电子束的焊接工作室一般处于高真空状态，称为高真空电子束焊。

处于低真空状态时压力称为低真空电子束焊。

在大气中焊接的称为非真空电子束焊。

真空工作室为焊接创造高纯洁的环境，因而不需要保护气体就能获得无氧化、无气孔和无夹渣的优质焊接接头。

（2）电子束焊接特点电子轰击工件时，动能转变为热能。

电子束作为焊接热源有两个明显的特点：①功率密度高电子束焊接时常用的加速电压范围为30～150kV，电子束电流20mA～1000mA，电子束焦点直径约为0.1mm～1mm，这样，电子束功率密度可达106W/cm2以上。

②精确、快速的可控性。

作为物质基本粒子的电子具有极小的质量，电子的荷质比高达1.76×1011C/kg，通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。

基于电子束的上述特点和焊接时的真空条件，电子束焊接具有下列主要优缺点。

优点：电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。

控制变形及减小消除焊接应力的方法一、控制焊接变形的方法1、设计措施（1）选择合理的焊缝尺寸：焊缝尺寸增加，变形随之增大，但是过小的焊缝尺寸将降低结构的承载能力，并使焊接接头的冷却速度加快，热影响区硬度增高，容易产生裂纹等缺陷，因此应在满足结构承载能力和保证焊接质量的前提下，随着板的厚度来选取工艺上可能选用的最小的焊缝尺寸。

（2）尽量减少焊缝数量;适当选择板的厚度，减少肋板数量，从而可减少焊缝和焊接后变形的校正量，如薄板结构件，可用压型结构代替肋板结构，以减少焊缝数量，防止或减少焊后变形。

（3）合理安排焊缝位置：焊缝对称于焊件截面的中性轴或使焊缝接近中性轴均可减少弯曲变形。

（4）预留收缩余量：焊件焊后纵向横向收缩变形可通过对焊缝收缩量的估算，在设计时预先留出收缩余量进行控制。

（5）留出装焊卡具的位置：在结构上留有可装焊夹具的位置，以便在焊接过程中可利用夹具来控制技术变形。

2、反变形法（1）板厚8～12mm钢板单边V型坡口对接焊，装配时反变形1.5°焊接后几乎无角变形。

（2）工字梁焊后因横向收缩引起的角变形，若采用焊前预先把上、下盖板压成反变形（塑性变形），然后装配后进行焊接，即可消除上、下盖板的焊后角变形。

但是上下盖板反变形量的大小主要与该板的厚度和宽度有关，同时还与腹板厚度和热输入有关。

（3）锅炉、集装箱的管接头都集中在上部，焊后引起弯曲变形所以要借用强制反变形夹紧装置，并配以对称均匀加热的痕迹顺序，交替跳焊法这样采用了在外力作用下的弹性反变形再配合以合理的受热的施焊顺序，焊后基本上可消除弯曲变形。

（4）桥式起重机的两根主梁是由左、右腹板和上、下盖板组成的箱型结构的为提高该梁的刚性，梁内设计有大、小肋板，且这些肋板角焊缝大多集中在梁的上部，焊后会引起下桡弯曲变形。

但桥式起重机技术要求规定，主梁焊后应有一定的上拱度，为解决焊后变形与技术要求的矛盾，常采用预制腹板上拱度的方法，即在备料时，预先使两块腹板留出上拱度。

焊接变形的控制手工电弧焊接过程中的变形成因及对策在工业生产中，焊接作业特别是手工电弧焊作业作为制造、修理的一种重要的工艺方法得到越来越广泛的运用。

同时，由于手工电弧焊自身的焊接特点必然引起其焊接变形较大，如不对其变形的原因进行分析并针对其成因提出有效的对策，必将给生产带来极大的危害。

1、手工电弧焊接过程中的变形成因我们知道，手工电弧焊接过程中的焊接电弧由在两个电极之间的气体介质中产生持久的放电现象所产生的。

电弧的产生是先将两电极相互接触而形成短路，由于接触电阻和短路电流产生电流热效应的结果，使两电极间的接触点达到白热状态，然后将两电极拉开，两电极间的空气间隙强烈地受热，空气热作用后形成电离化；与此同时，阴极上有高速度的电子飞出，撞击空气中的分子和原子，将其中的电子撞击出来，产生了离子和自由电子。

在电场的作用下，阳离子向阴极碰撞；阴离子和自由电子向阳极碰撞。

这样碰撞的结果，在两电极间产生了高热，并且放射强光。

电弧是由阴极区（位于阴极）、弧柱（其长度差不多等于电弧长度）和阳极区（位于阳极）三部分所组成。

阴极区和阳极区的温度，主要取决于电极的材料。

一般地，随电极材料而异，阴极区的温度大约为2400K—3500K，而阳极区大约为2600K—4200K，中间弧柱部分的温度最高，约为5000K—8000K。

焊接接头包括焊缝和热影响区两部分金属。

焊缝金属是由熔池中的液态金属迅速冷却、凝固结晶而成，其中心点温度可达2500℃以上。

靠近焊缝的基本金属在电弧的高温作用下，内部组织发生变化，这一区域称为热影响区。

焊缝处的温度很高，而稍稍向外则温度迅速下降，热影响区主要由不完全熔化区、过热区、正火区、不完全正火区、再结晶区和蓝脆区等段组成，热影响区的宽度在8—30mm范围内，其温度从底到高大约在500℃--1500℃之间。

金属结构内部由于焊接时不均匀的加热和冷却产生的内应力叫焊接应力。

由于焊接应力造成的变形叫焊接变形。