一. 焊接变形的原因和类型

 

焊接变形产生的原因：

焊接变形就是指在焊接过程及焊后，焊件产生的变形。

焊接时，熔化的金属及近缝区母材后热膨胀，产生塑性变形。凝固时，焊缝和近缝区金属收缩。从而产生纵向和横向内应力，此内应力为拉应力。使焊缝纵向和横向收缩，从而使焊件产生变形。由于焊接时热胀冷缩是必然的，所以焊接时产生的变形是必然的。我们只能控制但不能完全消除焊接变形。

 

焊接变形的危害：

1. 影响焊件的精度及使用性能；

2. 降低装配质量，甚至使产品报废；

3. 降低结构的承载能力；

4. 影响焊件的美观；

5. 提高制造成本。

 

焊接变形的种类：

焊接变形的种类：1.横向收缩；2.纵向收缩；3.旋转变形；4.横向弯曲变形（角变形）；5.纵向弯曲变形；6.扭曲变形；7.波浪变形（失稳变形）。

 

1. 横向收缩

横向收缩是指与焊接线成直角方向上的长度缩小的变形。

收缩量会因板厚、坡口形式以及根部间隙等形成的坡口截面积也就是熔敷量而异。

横向收缩变形的影响因素：

（1） 与热输入有关：横向收缩变形随焊接热输入增大而增加。

（2） 与间隙有关：装配间隙增加，横向收缩也增加。

（3） 与焊接长度有关：焊缝的横向收缩沿焊接方向由小到大，逐渐增大到一定程度后便趋于稳定。

（4） 与拘束程度有关：定位焊缝越长，横向收缩变形量就越小。

（5） 与金属填充量有关：对接接头的横向收缩量随着焊缝金属量的增加而增大的。

（6） 与焊缝形式有关：角焊缝的横向收缩要比对接焊缝小得多。

 

2. 纵向收缩

纵向收缩变形：沿焊缝轴线方向尺寸的缩短。

纵向收缩变形的影响因素：

（1） 与截面积有关：焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩量越小

（2） 与长度有关：焊缝的长度越长，焊件的纵向收缩量越大；

（3） 与焊接层次有关：多层焊时，每层焊缝所产生的压缩塑性变形比单层焊时小。

（4） 与温度有关：焊件的原始温度提高，焊后纵向收缩量增大。

（5） 与材料性质有关：线膨胀系数大的材料，焊后纵向收缩量大。

 

3. 旋转变形

旋转变形是指在焊接正在进行的过程中尚未进行焊接部分的坡口加宽或者变窄的变形。

通过坚强牢固的定位可有效地防止旋转变形。

 

4. 横向弯曲变形（角变形）

横向弯曲变形一般叫角变形。是由于焊接时表面与背面的熔敷量的不同以及板厚方向上的温度变化不同造成的。

 

角变形的影响因素:

（1） 与板厚有关：当热输入一定时，板厚越大，角变形越大。

（2） 与热输入有关：板厚一定，热输入增大，角变形也增大。

（3） 与坡口形式有关：对接接口坡口截面不对称的焊缝，其角变形大，坡口角度越大，角变形越大。

（4） 与焊接顺序有关：焊接顺序也会影响角变形的大小。

 

5. 纵向弯曲变形

纵向弯曲变形是指在堆焊或者角焊时，焊缝偏离构建横截面的中心线（中心轴线）时所造成的挠曲变形。

 

6. 扭曲变形

对于梁式结构或细长构件，由于焊接顺序、焊接方向或装配原因焊后截面向不同的方向倾斜造成构件扭曲变形。

 

7. 波浪变形（失稳变形）

对于薄板件焊接，由于焊缝的收缩会使板面失稳变成波浪形。如下图：

 

二. 焊接变形的控制

焊接变形是材料不均匀受热造成的，在使用各种高温热源进行加热，熔融的焊接中，发生变形是不可避免的。

控制变形的方法有：（1）选择正确的焊接方法； （2）尽量采用小的规范焊接；（3）刚性固定法；（4）反变形法；（5）散热法；（6）锤击法（振动法）；（7）采用合理的焊接顺序和方向。

 

（1）选择正确的焊接方法

焊接变形程度与焊接受热状况有关。

受热面积越大，受热越不集中变形越大。

焊接条件允许的情况下，为控制变形应尽量采用气体保护焊。CO2气体保护焊即是其中一种。

（2）尽量采用小规范焊接

焊接电流电压越大，焊件的受热量越大，变形也就越大。

在满足焊接质量要求的情况下，尽量采用小规范焊接。

（3）刚性固定法

刚性固定法也称约束法。

刚性固定法是利用工装夹具或加临时支撑对工件进行机械式固定，等焊接结束工件冷却后再取下。

采用强制性约束会增大工件的残余应力，也可能导致裂纹的产生，必要时要采用回火处理。

（4）反变形法

根据生产实践中已发生变形的规律，预先将焊件向相反方向制成变形或预留变形收缩量再进行焊接的方法。

（5）散热法

散热法又称强迫冷却法。

散热法是指在焊接部位放置铜垫板或用水冷却焊接部位背面，把焊接部位的热量迅速散去，使焊缝附近受热面积大大减小，以达到减少焊接变形的木的。

散热法不适于具有淬火倾向的产品，否则焊接时易产生裂纹。

（6）锤击法（振动法）

锤击法是指焊接后立即用锤对焊缝进行锤击展延以防熔敷金属收缩减少变形的方法。

（7）采用合理的焊接顺序和方向

合理的焊接顺序和方向：向两端，后中间；向内部，后外部；

先焊短焊缝，后焊长焊缝；先焊焊缝少的一侧，在焊焊缝多的一侧。对称焊缝保证对称，同乡；长焊缝分段倒退焊。

焊接顺序对角变形的控制：

 

三. 焊接变形的矫正

焊接变形的矫正方法有机械矫正法、锤击法和火焰加热矫正法

1. 机械矫正法

机械法是指利用压床、辊、千斤顶或者用锤子敲打等手段矫正变形的方法。

 

机械法矫正焊接变形应注意以下事项：

（1）对冷裂倾向较大的高强度钢材用此法应慎重，因为机械法矫正易产生冷作硬化。

（2）对重要焊件和合金钢焊件，矫正后应仔细检查矫正处有无裂纹。

 

2. 锤击法

该法用锤击来延展焊缝及其周围压缩塑性变形区域的金属，达到消除焊接变形的目的。

这种方法比较简单，经常用来矫正不太厚的板结构。

缺点是劳动强度大，表面质量不好。

 

3. 火焰加热矫正法

火焰加热矫正法是利用火焰局部加热，在高温处，材料的热膨胀收到构件本身刚性制约，产生局部压缩塑性变形，冷却后收缩，抵消了焊后再该部位的伸长变形，达到矫正变形之目的。

火焰加热可使用普通的气焊焊炬，不需要专用的设备，操作方便，工艺灵活，适应性强。

 

火焰加热矫正法分为点状加热法和线状加热法两种：

（1） 点状加热法

点状加热是采用多个点状火焰对变形构件进行大面积加热的矫正方法。加热点的直径和数目应根据焊件的结构形状和变形情况而定。对于厚板，加热点的直径应大些；薄板的加热点直径则应小些。变形量大时，加热点之间距离应小一些；变形量大小时，加热垫之间距离应大一些。这种加热方式尤其适用对薄板波浪变形的矫正。

在四周已被约束的板状结构中，板上产色和那个挠曲变形时采用点状加热法。

 

（2） 线状加热法

火焰沿直线缓慢移动或同时作横向摆动，形成一个加热带的加热方式，称为线状加热。线状加热带的加热方式，称为线状加热。线状加热有直线加热、链状加热和带状加热三种形式。线状加热是应用最广泛的火焰加热方式，它可用于矫正角变形、波浪变形和弯曲变形等。

 

（3） 三角形加热法

三角加热法即加热区域呈三角形，一般多用于矫正刚度大，厚度较大的结构的弯曲变形。加热时，三角形的底边应在被矫正结构的拱边上，顶端朝焊件的弯曲方向。

矫正板的周围挠曲变形T形接缝的弯曲变形，采用楔形（三角形）加热法。

 

火焰加热矫正的注意事项：

1. 矫正变形之前应认真分析变形情况，制定矫正方案，确定加热位置及矫正步骤。

2.认真了解被矫正结构的材料性质，焊接性好的材料，火焰矫正后材料性能变化也小。对于已经热处理的高强度钢，加热温度不应超过其回火温度。

3. 水冷配合火焰矫正时，应待钢材失去红态后再浇水

4. 加热火焰一般采用中性焰

5. 对具有晶间腐蚀性的不锈钢和淬硬倾向较大的钢材，不宜采用火焰加热矫正。

 

四. 减少焊接残余应力的方法

凡是焊接结构件在焊接结束后，均存在残余内应力。随着时间的推移，这一部分内应力会逐步释放，从而造成焊件的焊接变形。

 

消除应力的方法有：去应力退火法，自然时效法和机械法。

1. 消除应力退火

整体消除应力退火：工件整体放入退火炉中，加热到650～700℃，保温，缓慢冷却到室温。

局部消除应力退火：用烘枪加热焊缝附近母材到650～700℃，保温，自然冷却到室温。

2. 自然时效：焊后将工件喷上底漆放于室外自然环境中经3～6个月的风吹、日晒、雨淋使内应力慢慢释放再对工件进行加工或安装。

3. 机械法：用振动或锤击的方法消除内应力。