焊接的收缩变形

焊接的收缩变形（精选10篇）

焊接的收缩变形 篇1

0 引言

单螺杆泵是一种性能优良的转子式容积泵, 其主要工作部件由具有螺旋空腔的衬套和与它啮合的螺旋转子组成。两者的截面型线必须保持共轭关系, 如果这种关系被破坏, 螺杆泵就会出现溢流现象[1,2,3]。其共轭关系如图1所示。为了减小溢流现象的出现, 橡胶衬套 (定子) 与螺杆转子要保持一定的过盈量来保证密封, 过盈量过大会造成启动力矩增大, 可能造成卡死;过盈量过小会导致衬套与转子密封被破坏, 导致输出压力不足。张劲等人[4]研究了衬套有限元分析的求解策略和三维模型和平面模型在受力时的变形差异, 王可等人[5]利用有限元法研究了衬套在均匀内压下和非均匀内压下的变形, 即工作时受力变形, 暂无关于衬套压制成型过程的热力耦合分析。实际生产通常采用丁腈橡胶材料在高温条件下压制成衬套, 使用时的温度低于压制成型时的温度, 而且工作温度会随着时间变化, 这些都会导致衬套形状发生变化。

本研究针对上述问题, 采用有限元法分析衬套形状随温度的变形规律, 为选择合理的过盈量和为衬套模芯形状补偿提供理论参考, 保证螺杆泵共轭副在不漏失的前提下选择较小的过盈量。

1 橡胶衬套压制过程及其收缩率

螺杆泵衬套所用橡胶通常为丁腈橡胶 (NBR) , 它是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制作而成, 其耐油性极好, 耐磨性较高, 粘结力强, 耐热性能和物理性能优异。其加工大致分为4个过程:塑炼、混炼、压出、硫化。经过塑炼和混炼后, 橡胶呈现出面团状, 在70℃~80℃下压入模具进行硫化。硫化是指橡胶的线型大分子通过化学交联而构成三维网状结构的化学变化过程。橡胶经过硫化后从塑性的混炼胶变为高弹性的或硬质的交联橡胶, 从而获得更好的机械物理性能和化学性能, 硫化是最后一道工序, 硫化温度、硫化压力和硫化时间对橡胶衬套最终性能的影响较大[6], 一般硫化温度为150℃~190℃。

加工装配示意图如图2所示。

由于丁腈橡胶的线膨胀系数 (约为20E-5) 与螺杆的线膨胀系数 (约为1.1E-5) 相差18倍之多, 当橡胶衬套出模冷却后, 其尺寸必然会小于螺杆尺寸[7]。其收缩率可用下式表示:

2 影响橡胶衬套收缩率的因素

橡胶是一种高弹性材料, 具有易变形的特点。影响橡胶衬套收缩率的因素很多, 如橡胶热膨胀系数、壁厚、有无骨架、含胶量、胶料致密程度及硫化工艺等。橡胶的原材料是由几种不同的生胶和一些添加剂组成的, 其中生胶的含量也叫做含胶量, 对橡胶的弹塑性有较大的影响, 进而影响橡胶的收缩率。同样的原材料配比, 如果硫化工艺不同, 最后橡胶呈现的综合力学性能也不同, 硫化工艺的3个要素为:硫化压力、硫化温度、硫化时间。一般来说, 硫化压力越大, 橡胶分子组成越致密, 分子间的间隙也越小, 硫化收缩率相对越小。但是硫化压力不是越大越好, 如压力过大则会降低衬套的物理机械性能, 释放压力后会出现回弹现象。所以硫化压力应控制在一定的数值内。硫化温度越高, 收缩率越大, 每提高10℃, 收缩率增大0.1%~0.2%, 硫化温度越高所需的硫化时间越短。橡胶收缩率随着含胶量和硫化后的邵氏硬度的关系如图3所示。从图3中可以看到, 橡胶材料的收缩率随着含胶量的增加而增大, 随着邵氏硬度的增大呈现先减小后增大的变化趋势。

当硫化后衬套的邵氏硬度<85时, 其收缩率随着硬度的增加而减小, 当邵氏硬度>85时, 其收缩率随着硬度的增大而增大, 当邵氏硬度=85左右时, 其收缩率最小。

3 橡胶衬套收缩变形模拟分析

3.1 滞后热量损失分析

金属转子在橡胶定子型腔中旋转时会受到摩擦阻力, 转子与定子之间存在接触应力, 由于橡胶的粘弹性, 在转子旋转时会产生滞后热量[8], 定子的应力和应变可以表示为:

式中:ε0—定子的最大应变, mm;σ0—定子的最大应力, MPa;ω—转子的角速度, rad/s。

根据迟滞效应导致橡胶温升的机理, 转子转动一周产生的能力损耗为:

式中:E′—弹性模量, MPa;δ—迟滞损耗因子。

节点的生热率为:

式中:n—定子的转速, r/s。

产生的热能使定子的温度升高, 为了模拟衬套出模冷却和工作时其端截面形状随温度的变化, 根据转子的转速n=3 r/s, 橡胶迟滞损耗因子tanδ=0.05, 本研究通过有限元分析法求解衬套冷却时的温度场分布, 并利用热力耦合分析得到衬套形状随温度的变化。

3.2 有限元分析

本研究的衬套外径为142 mm, 橡胶最小厚度为5 mm, 端截面轮廓是由短幅内摆线的等距线组成。根据已有的研究结论, 通过三维模型和平面应变模型所求出的定子橡胶衬套的变形规律基本一致, 这种情况下可以用平面模型来代替三维模型, 也可提高求解效率, 因此本研究采用平面模型。将变形较小的丁腈橡胶视为不可压缩材料, 按线弹性材料处理, 这种材料根据自身硬度的不同其弹性模量E和泊松比μ也不同, 一般可取E=4 MPa, μ=0.499, 材料参数如表1所示。

热力学分析。本研究采用PLANE77作为热分析单元进行网格划分, 初始条件硫化温度为150℃, 空气温度25℃, 模型与周围环境的热对流系数20 W/m2。根据式 (5) 计算出的生热率q=0.8, 加载体热载荷, 得到的有限元模型和温度场如图4所示[9,10]。

衬套的温度场云图如图4 (b) 所示, 根据图4 (b) 可以得出:衬套的温度场是不均匀的, 具体表现为钢套和衬套头部冷却较快, 温度分布比较均匀, 在腰部较厚的地方表现为中间高两边低的特点, 大致呈现出椭圆形的分布规律。

热力耦合分析。本研究将热分析单元PLANE77转换为结构实体单元PLANE183, 加载上述热分析结果, 施加固定约束到钢套外表面, 得到耦合后的位移图和位移方向图。橡胶衬套变形前、后的轮廓形状和变形云图如图5所示。

3.3 结果分析

(1) 计算结果表明:橡胶衬套的最大位移变形出现在衬套的腰部, 头部变形较小, 变形量随着橡胶厚度的增加而增大。衬套的变形方向近似于沿着轮廓的法线方向。本研究为了得到衬套的收缩量和硫化温度的关系, 取硫化温度为150℃~190℃进行有限元分析, 得到硫化温度与变形量 (最大值) 的关系图如图6所示。

(2) 本研究分别在温度为150℃、25℃ (常温) 、100℃ (工作温度) 时进行热力耦合分析, 在后处理中提取轮廓边界节点沿着X轴和Y轴的变形量, 通过计算分别得到了衬套冷却到常温和工作时实际的端截面形状, 衬套曲线与温度的关系如图7所示。

(3) 温度对过盈量的影响。由橡胶衬套的成型过程可知, 衬套是在温度150℃~170℃下定型的, 此时其端截面形状与螺杆端截面形状吻合, 但当其冷却到室温时, 由于热胀冷缩的作用, 端截面形状会相应地收缩, 此时笔者对衬套与螺杆转子进行装配, 假设此时的过盈量为δ1, 正常运转时, 橡胶的温度会逐步上升到一个稳定值, 由于温度升高, 此时过盈量变为δ2。且δ2>δ1。过盈量过小, 衬套与螺杆配合副会被油液压力击穿, 泵的输出压力减小;过盈量过大, 则螺杆与衬套的摩擦力增大, 扭转阻力增大, 一旦停机重新启动, 会造成卡死现象[11,12,13]。

4 结束语

(1) 本研究分析了衬套的压制过程, 并分析了影响衬套收缩率的因素。分析表明, 温度变化降低了衬套的形状精度。

(2) 本研究建立了衬套的有限元分析模型, 通过热力学分析得到了衬套出模冷却时的温度分布, 并分析了衬套在不同温度下的变形。结果表明, 硫化温度越高, 衬套变形量越大, 呈现出头部变形小、腰部变形大的特点。

(3) 本研究通过对螺杆腰部曲线作合理地补偿, 可以减小因温度变化带来的形状误差, 提高衬套形状精度。

摘要：针对单螺杆泵衬套曲面形状的变形问题, 对影响橡胶收缩率的因素、温度变化与衬套形状之间的关系和衬套模芯曲线形状修正方法等问题进行了研究。采用温度场与结构应变场的耦合分析的方法, 利用有限元分析软件ANSYS模拟了衬套出模冷却时的温度场, 分析了螺杆泵衬套形状随温度的变化特点。研究结果表明, 硫化温度与工作温度差异越大, 衬套的变形越明显, 并呈现出头部变形小、腰部变形较大的特点, 通过适当缩小螺杆泵模芯腰部尺寸可以减小温度变化对其最终形状的影响, 提高衬套的形状精度。

关键词：单螺杆泵衬套,温度变化,变形,有限元分析

有关焊接变形原因与预防的探讨 篇2

1. 材料因素的影响

金属的焊接是金属的一种加工性能，接变形的影响不仅和焊接材料有关，而且和母材也有关系，它决定于金属材料的本身性质和加工条件。金属的化学成分不同，其焊接性也不同。碳的影响最大，其它合金元素可以换算成碳的相当含量来估算它们对焊接性的影响。

碳当量CE=C+Mn/6+（Ni+Cu）/15+（Gr+Mo+V）

/5（%），式中各化学元素含量取其成分的上限。碳当量越大，焊接性能越差。

当CE<0.4%时，钢材焊接性良好，冷裂纹倾向小，焊接时一般不需加热；当CE=0.4～0.6时，焊接性较差，冷冽倾向明显，焊接时需预热并采取其它工艺措施；CE>0.6时，焊接性差，冷冽倾向严重，焊接时需要较高预热温度和严格的工艺措施。

2. 结构设计因素的影响

焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键，也是最复杂的因素。虽然焊接工件随拘束度的增加，焊接残余应力增加，焊接变形相应减少，但在焊接变形过程中，工件本身的拘束度是不断变化着的，复杂结构自身的拘束作用在焊接过程中占据主导地位，而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加。在设计焊接结构时，常需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性，这样做不但增加了装配和焊接工作量，而且给焊接变形分析与控制带来了一定的难度。因此，在结构设计时针对结构板的厚度及筋板或加强筋的位置数量等进行优化，对减小焊接变形有着十分重要的作用。

3. 焊接工艺的影响

3.1焊接方法的影响：

在金属结构焊接常用的焊接方法有埋弧焊，手工焊和CO2气体保护焊等，各种焊接方法的热输入差别较大，其中埋弧焊热输入最大，收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。一般情况下，焊接热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，接头塑性变形区增大。

3.2焊接接头形式的影响

3.2.1表面堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束，而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束，因此，变形相对较小。

3.2.2 T形角接接头和搭接接头时，其焊缝横向收缩情况与堆焊相似，其横向收缩值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。

3.2.3对接接头在单道（层）焊的情况下，其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大，在单面焊时坡口角度大，板厚上、下收缩量差别大，因而角变形较大。

3.2.4双面焊时情况有所不同，随着坡口角度和间隙的减小，横向收缩减小，同时角变形也减小。

3.3焊接层数的影响

3.3.1横向收缩：在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似，因此，收缩变形相对较小。

3.3.2纵向收缩：多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，因此，多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。

焊接变形的预防与控制措施：

1. 设计措施

1.1尽量减少焊缝数量

焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。坡口尺寸越大，焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，收缩变形越大。在设计焊接结构时，应当避免不必要的焊缝，尽量选用型钢、冲压件代替焊件。合理地选择肋板的形状，适当地安排肋板的位置，优化肋板数量，避免不必要的焊缝，以减少肋板数量来减少焊接和矫正变形的工作量。

1.2合理地选择焊接的尺寸和形式

焊接尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸大，焊接量大，焊接变形就大。因此，要尽量减少焊缝的数量和尺寸，在保证结构的承载能力的条件下，设计时应尽量尽可能采用较小的坡口尺寸，减小焊缝截面积，对于板缝较大的对接接头应选“X”型坡口代替“V”型坡口，减少熔敷金属总量以减少变形。对于不需要进行强度计算的“T”型接头，应选用工艺上合理的最小焊脚尺寸，采用断续焊缝比采用连续焊缝更能减少变形。

1.3合理设计结构形式及合理安排焊缝位置

设计结构时应考虑焊接工作量最小，以及部件总装时的焊接变形量最小。薄板结构应选合适的板厚，减少骨架间距及焊角尺寸，以减少波浪变形。此外，还应避免设计曲线形结构。由于焊缝横向收缩通常比纵向收缩显著，因此应尽量将焊缝布置在平行于焊接变形量最小的方向，焊缝位置应尽量对称于截面中心线（或轴线），或者使焊缝接近中心线线（或轴线），这对于减少梁、柱等类型结构的扭曲曲变形有良好的效果。

2. 工艺措施

工艺措施是指在焊接构件生产制造过程中所采用的一系列措施，将其分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。

2.1焊前预防措施

焊接应力的控制措施主要包括反变形法、加裕量法、刚性固定法和预拉伸法。

2.1.1反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向，在焊件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量（反变形量），焊后焊接残余变形抵消了预变形量，使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸。

2.1.2刚性固定法是采用夹具或刚性胎具将被焊构件加以固定来限制焊接变形，对于刚度小的结构刚性固定可有效的控制角变形、波浪变形及弯曲变形。

2.1.3预拉伸法是采用机械预拉伸或加热预拉伸的方法使钢板得到预先的拉伸与伸长，这时在张紧的钢板上进行焊接装配，焊后去除预拉伸或加热，使钢板恢复初始状态。此方法多用于薄板平面构件，可有效地降低焊接残余应力，防止波浪变形。

2.2焊接过程控制措施

焊接过程中采用合理的焊接方法和焊接参数，选择合理的焊接次序，随焊强制冷却，等措施均可降低焊接残余应力、减小焊接变形。

2.2.1先焊短焊缝后焊长焊缝。焊接1米以上的长焊缝时要两头中间断断续续的焊，不要连续焊接，采用逐步退焊、跳焊预留焊接长度的方法，预留100～200mm的焊缝对纵向收缩变形给予补偿，减少焊接变形量。

2.2.2厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。“T”形接头板厚较大时采用开坡口对接焊缝。双面均可焊接操作时，要采用双面对称坡口，并在多层焊时采用与构件中心线（或轴线）对称的焊接顺序。

2.2.3纵向加强肋和横向加强肋的焊接可采用间断焊接法。中心板和内环板之间的焊缝，可由数名焊工均布对称施焊，并可同时进行。

2.2.4对于焊缝较多的构件，组焊时要采取合理的焊接順序。根据结构和焊缝的布置，要先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝。

2.3焊后矫正措施

当构件焊接后，只能通过矫正措施来减小或消除已发生的残余变形。焊后矫正措施主要分为机械矫正和加热矫正。加热矫正又分为整体加热和局部加热。

机械矫正：采用手工锤击、压力机、多辊平板机等对焊件进行静力加压或辗压，产生新的塑性变形，使原来缩短的部分得到延伸，从而矫正变形。

加热矫正：

2.3.1整体加热矫正是指将整体构件加热至锻造温度以上再进行矫正的方法，可用以消除较大的形状偏差。但是焊后整体加热容易引起冶金方面的副作用，限制了该方法的进一步推广及应用。

焊接的收缩变形 篇3

上述问题还会出现在底架组成这种工序过程较多且需要确定工艺过程参数的文件中。本文针对中梁焊接收缩量及挠度等工艺参数的确定进行理论分析, 明确基本规范。

1 基本原则

中梁收缩量主要发生在长度方向。该方向上的主要工艺过程参数有定距[3]和切头长度。定距可以确定中梁中心线, 同时也就确定了其他配件组装的定位基准。因此, 它是一个关键工艺参数。在确定收缩量的过程中, 本文考虑了底架结构组焊时的焊接收缩预留量, 尤其是底架上有纵向长大焊缝 (如铁地板) 时的情况。但是, 为了简化收缩量参数的确定, 本文侧重考虑纵向长大焊缝的影响, 而忽略牵引梁部分的收缩量。

中梁焊接收缩量及挠度会随着工序的进展发生匹配关系。因此, 中梁收缩量及挠度可以分为以下几种情况进行分析确定。

(1) 根据常用的中梁结构形式, 中梁可以分为乙字钢中梁、型钢中梁以及板结构中梁三种形式;

(2) 腹板高度尺寸对焊接收缩量和挠度的影响较大, 因此型钢中梁和板结构中梁按其腹板高度可分为小于400~500mm和大于500~600mm两种情况。

2 中梁焊接收缩量理论分析

2.1 确定原则

根据GB/T5600铁道货车通用技术条件中的相关要求:底架长度尺寸极限偏差为长度基本尺寸的±0.80/00, 那么定距尺寸可以近似为L±L×0.80/00 (L为图样定距尺寸) 。预放焊接收缩量很难获得精确数据, 因此本文充分利用标准所容许的底架长度公差范围, 将底架的允许公差放在收缩量考虑范围内, 使预计收缩量的适应范围扩大±L×0.80/00, 提高精度。

具有鱼腹形式的中梁在制作鱼腹时, 需要初步估算收缩量以确定鱼腹切割线, 而其他形式的中梁一般在中梁内纵焊 (或点固) 后才确定定距线, 因此不需要考虑内纵焊的焊接收缩因素。

2.2 收缩量初值的计算

本文以乙字钢中梁焊接收缩量为L×±10/00的经验值做基础, 确定中梁焊接收缩量的初值。初值的选取忽略了一些部件的焊接影响, 如中梁的枕梁下盖板、底板等部件。具体计算方法见表1。

将上述确定的收缩量初值加入定距尺寸的主体尺寸, 作为定距工艺尺寸;将手工画线可满足的误差, 作为定距工艺尺寸确定的公差带。那么, 带有焊接收缩量的定距工艺尺寸为L+δ, 公差为+20, 进而可以得出定距工艺尺寸的计算公式为: (L+δ) +20。将该定距工艺尺寸当作中梁制作过程中第一次确定定距时的工艺参数。例如:鱼腹结构的型钢中梁或板材中梁单片梁确定鱼腹切割线的工序;中梁组装从板座和心盘座板时需要确定定位线的工序。

2.3 焊接收缩量的计算结果及分析

根据上述焊接收缩量的计算方法, 对目前公司四种中梁形式的代表产品进行计算, 计算结果见表2。

由表2可知, 车型为序号1的定距设计尺寸为12092~12108mm, 可计算出当理论上允许的最大焊接收缩量为22mm, 最小焊接收缩量为6mm时, 便能够满足定距设计公差。而定距为12100mm的中梁, 在焊接时产生的焊接收缩量大于6mm, 证明其工艺定距的最小值适用。按照通常假定乙字钢中梁焊接收缩量为每米收缩1mm的经验值计算, 这里最多收缩12mm。因此, 22mm的最大值大于假定值, 且还留有10mm的收缩余量, 用于弥补底架组焊时发生的焊接收缩 (收缩量应小于中梁焊接时的收缩值) 。所以, 其工艺定距的最大值同样适用。

同上可得, 序号为2、3、4的车型中梁计算理论最大焊接收缩量分别为21mm、35mm以及25mm, 理论最小焊接收缩量分别为6mm、13mm以及5mm。由表2可知, 该三种车型的工艺定距满足理论值的要求。

由上述可知, 采用表1方法计算出的收缩量, 其最大值和最小值都满足采用经验值方法确定的范围和定距公差范围。该方法充分利用公差范围, 扩大了经验值的适应范围, 减小了经验值的风险。而对鱼腹结构的单片梁, 定距是在画切割线时确定的。此时该工艺定距只作为确定切割线画线的初值, 在后续的中梁组装时需要再次确定工艺定距。

2.4 工艺文件中定距尺寸的描述及检查标准

随着工序进展, 焊接收缩量的变化趋势呈非线性, 难以精确确定。本文采用简化方法来解决, 即在编制中梁工艺文件时, 只在需要确定定距线和检查定距尺寸的文件中涉及定距尺寸。一般情况下, 在中梁交验和画定距线的工艺文件中需要对定距进行标注和检查, 而在其他工艺文件中通常只涉及1、2位定距线, 并不涉及定距的整体尺寸。因此, 可用1、2位定距线或中梁中心线作为定位基准进行描述。

工艺定距的简化方法遵循以下几个原则。

(1) 有鱼腹结构的型钢或板材单片梁在画鱼腹切割线时的工序, 在相关操作的描述和检查卡片中采用工艺定距;

(2) 中梁组装<1>, 即组装心盘座板以及前、后从板座时的工序, 在相关操作描述和检查卡片中采用工艺定距;

(3) 在中梁交验工序中, 工艺定距的尺寸已经发生部分收缩, 剩余的焊接收缩量将预留在底架组装时利用, 但是剩余的收缩量难以精确确定。上文已阐述预放的收缩量以整车钢架形成后的定距满足要求为基础, 因此这里采用简化方法确定中梁交验检查尺寸。底架有铁地板时, 将收缩量的初值在主尺寸中取;底架无铁地板时, 将预留收缩量在主尺寸中取, 并且按照图样公差的一半标注公差。

定距的变化会影响中梁交验时中梁全长尺寸的检查标准。因此, 交验时中梁全长尺寸的检查标准应加上, 实际公差应与定距检查标准的尺寸公差相同。中梁组成后, 最终定距工艺尺寸为:±图样公差/2和±图样公差/2。因此, 在底架组装的第一道工序中, 底架全长的检查标准应与此相吻合。

3 中梁挠度尺寸的计算及分析

3.1 计算原则

影响中梁挠度的因素较多, 如中梁结构、长度、焊缝、腹板高度、底架及车体结构等。这里同样采取以乙字钢中梁挠度的经验值为基础的简化方法, 分别对不同结构的中梁及底架对挠度产生的影响进行简化区分。

通常, 车体钢架形成后要求底架具有4~14mm的上挠度。但是, 目前中梁制成后的预挠度值不可能完全与钢架组成后底架形成的挠度匹配。在附属件组装工装、底架组装工装结构上没有进行挠度匹配的情况下, 如果使中梁具备较大的上挠度, 将会对底架组装的精度和组装过程产生负面影响。

中梁制造过程中, 各工序挠度存在对应的匹配关系。目前, 工艺方法可进行中梁调矫来确定最终值。因此, 中梁挠度在备料进行调梁时确定挠度初值, 在调矫时确定挠度终值。例如:长度大于20m的乙字钢结构中梁只确定挠度初值和终值的参考值, 板材中梁只确定挠度终值。

3.2 挠度值的计算

以乙字钢中梁挠度为L×20/00的经验值作为基础, 根据不同的中梁结构, 本文延伸出调梁时的挠度初值σ以及中梁交验时的挠度终值τ的计算方法, 具体计算方法见表3。

其中, 挠度值的公差设为+30和0-3两种情况。在定距长度小于13m时, 取上差;定距长度大于13m时, 取下差。

3.3 挠度值的计算结果及分析

目前, 常见货车车型中底架长度一般在12~20m, 其相应定距最小为7m, 最大为15m。针对定距的最小值和最大值, 采用表3方法计算出的挠度结果见表4。

表4中的计算方法由数据对比的方式确定。根据计算结果可知, 由最长定距和最短定距计算出的挠度值与中梁长度、腹板高度以及纵焊缝结构的影响趋势相符合, 接近经验值, 且极限值基本满足挠度范围, 中间值的确定也更为合理。对腹板高度在500~600mm范围内的中梁, 调矫比较困难, 但其具有挠度变化不明显的特性。因此, 计算出的数据较为接近所需数值, 而其他中梁和底架挠度可在调校中进行修正。

3.4 工艺文件中挠度的描述及检查标准

随着工序进展, 挠度的变化趋势同样呈非线性, 难以精确确定。因此, 本文采用简化方法解决:在编制中梁工艺文件时, 只在备料单片梁调梁和中梁调矫 (交验) 的工艺文件中涉及挠度尺寸。对于长度大于20m的乙字钢结构, 中梁挠度值在工艺文件的检查标准中另说明为参考值, 且主要检查标准为中梁的扭曲和旁弯。

4 结论

本文通过对常见结构的铁路货车中梁焊接收缩量及挠度的分析与研究, 得出一种中梁焊接收缩量及挠度的计算方法, 并利用该方法对目前公司四种中梁形式的代表产品进行计算。计算结果表明, 该方法具有可行性与普遍适用性。利用该方法, 在工艺参数确定时, 可以准确有效地确定中梁定距以及中梁预挠度。

摘要：本文结合铁路货车中梁制造过程中焊接收缩量及挠度的实际变化情况, 对中梁焊接收缩量及挠度的变化趋势进行理论分析, 研究出了一种铁路货车常见结构的中梁焊接收缩量及挠度工艺参数的计算方法, 从而统一了相关工艺文件中工艺参数的确定方法, 并对计算结果的可行性进行理论分析。实践证明, 结果可行。

关键词：中梁,挠度,收缩量

参考文献

[1]赵加亮, 宋华伟.预制钢箱梁节段接口匹配工艺及接口环缝焊接变形的规律[J].钢结构, 2010, (9) :62-65.

[2]刘保东, 任红伟, 李鹏飞.考虑波纹钢腹板箱梁特点的挠度分析[J].中国铁道科学, 2011, (3) :21-26.

焊接的收缩变形 篇4

关键词：铝合金；焊接；变形；工艺

在我国大力发展现代装备业背景下，铝合金构件在机械制造行业发挥了巨大的作用，尤其铝合金应用到现代高端设备中实现了机械设备性能的进一步完善，但是铝合金材料由于具有传热性强、膨胀系数大一级散热速度快的特点，因此其在焊接的过程中容易出现变形量超过允许值的问题，因此需要我们在进行铝合金焊接时注重其变形研究，通过合理的控制措施，提高铝合金构件焊接工艺，以此提升我国装备制造技术水平。

一、铝合金构件焊接变形的表现形式及原因

铝合金构件焊接是铝合金应用到装备制造业中的重要形式，由于铝合金材料导热性强、散热快的特点使得在焊接过程中极容易出现铝合金构件变形的现象，影响产品的外观及性能的应用。结合实际铝合金构件焊接变形主要分为：瞬间变形和残余变形。瞬间变形就是在铝合金构件焊接过程中由于铝合金焊接温度超过铝合金自身的结构极限而出现的变形。残余变形则是在经过焊接之后，余热导致铝合金构件出现变形，因此导致焊接变形的主要根源是残余应力和塑性应变，影响铝合金构件变形的因素包括：（1）焊接热过程的参数会影响焊池的相变过程，从而对热区金属的组织结构形成一定的影响；（2）焊接过程热不均匀导致铝合金构件产生的热响应不同，从而产生应力变形；（3）熔池大小与尺寸影响焊接件的焊接质量。

导致焊接变形的原因是多方面的，根据焊接变形类型的不同导致其变形的原因也是不同。实践中由于焊缝区域的温度高于焊接周围的温度，因此也会造成焊接缝变形量比较大，以此产生偏心拉应力，该力会造成出现纵向绕曲。而错边变形主要发生在焊接的初期阶段，一旦出现焊接错边问题就会导致焊接无法继续的问题。

二、铝合金焊接焊接变形的诱发机制

根据铝合金焊接变形的产生原因，导致焊接变形出现的诱发机制主要是：一是接头中间与周围产生的温度差导致出现残余应力；二是接头两边的温度不同而导致变形；三是焊接力导致弹塑性形变；四是金属流变阻力和焊接牵引力同时作用导致变形。

三、铝合金构件焊接工艺优化的举措

（一）做好焊接准备工作。一是要选择与焊接质量要求相适应的电源，电源作为提供焊接的能量来源，合理选择电源，一般直流电源的电弧具有良好的稳定性以及能够避免出现焊接过程中的飞溅问题，因此一般选择直流电弧作为焊接电源的首选。而直流反接电源能够避免在焊接张出现大量焊渣以及污染气体的现象，这样便于对焊接过程进行观察，根据焊池及时调整焊接速度与角度；二是清理铝合金构件的表面，保证其干净；三是选择合理的焊丝直径。焊丝直径、成分等都会影响到焊接缝金属的力学性能，因此要选择合理的焊丝，选择表明质量与化学成分达标的焊丝。

（二）做好焊接设计。对于铝合金构件焊接变形问题主要举措就是做好设计，降低焊接变形量。为此我们从两个方面入手：一是做好焊接设计。在进行焊接工艺设计时需要采取比较成熟的方案，并且合理布局焊接的位置，尤其是要对铝合金构件与主体装备结构之间的焊接缝隙的大小、形状等进行优化设计，降低焊接缝的数量，以此实现对焊接结束后可能出现的残余变形问题；二是做好产品制造阶段的设计。对制造产品焊接的设计主要是对焊接工艺的参数等进行熟记，并对相关的理论知识做到熟记于心。并且做好焊接的检查工作，如果发现出现残余变形之后，要及时的采取相应的措施给予矫正，达到对变形量的控制，达到焊接要求。

（三）加强对焊接过程的工艺控制。在焊接过程中，采取一定的反变形或者是刚性固定组装的方法在焊前进行预防；焊接结束之后，为了减小已经出现的残余变形，可以采取加热矫正或者是利用机械外力进行矫正的方法。另外在焊接过程中，除了要严格按照设计的焊接工艺进行焊接之外，还应按照优秀的焊接工艺实现对瞬时变形的控制，例如，采取那些能量密度高的热源，对焊接过程中的焊接受热面积进行技术控制。

（四）优化焊后检查工作。首先工件焊接完毕之后，在进行焊缝无损检查之前，应及时清除焊缝及焊缝两侧的焊渣、残存焊剂，预防因焊渣、残存焊剂腐蚀工件表面而出现不良影响；其次焊接完毕后，若出现焊瘤或焊接接头余高过高等问题，必须及时去除缺陷。应通过射线探伤或超声波确定返修范围，具体返修范围应超过缺陷部位面积，通常可向缺陷两头分别扩展

80-100mm。如果探测结果明确指出缺陷靠近外侧或内侧，可先返修该侧。另外由于电弧长短对焊接质量也有显著影响，而电弧电压决定电弧长短，因此，在焊接时，依据焊接试验，需要控制好电弧电压，产生适宜长度的电弧长度进行焊接。

参考文献：

[1] 李怀珠.大型铝合金构件的焊接工艺设计.电子工艺技术 2015（11）

焊接应力、焊接变形的产生和控制 篇5

关键词：焊接应力,焊接变形,控制措施

在建筑工程钢结构日益发展的今天, 形式各样的焊接机械、焊接方法日新月异, 焊接技术和焊接质量成了一个关键的课题。但是在施工过程中, 由于焊接过程产生的焊接残余应力和焊接残余变形, 严重影响着工程的质量、工程的安装进度和结构承载力 (即使用功能) , 因此, 需要采用合理的焊接方法和焊接工艺加以控制。建筑工程钢结构的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过程, 但由于不均匀温度场, 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而引起焊接变形。

焊接应力是焊接过程中及焊接过程结束后, 存在于焊件中的内应力。按应力作用时间的不同, 焊接应力可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接瞬间应力, 是指焊接过程中某一瞬时的焊接应力, 它随时间而变化。焊件冷却后, 残留于焊件内的应力, 称为焊接残余应力。焊接变形, 即由于焊接而引起的焊件变形。焊接变形包括焊接过程中的变形和焊接残余变形。焊后焊件不能消失的变形, 称为焊接残余变形。我们将主要讨论焊接残余应力、焊接残余变形的产生和控制。

1 焊接残余应力与焊接残余变形产生的原因

影响焊接应力与变形的因素很多, 最根本的原因是焊件受热不均匀, 其次是由于焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性的不同所致。另外, 焊缝在焊接结构中的位置、装配焊接顺序、焊接方法、焊接电流及焊接方向等对焊接应力与焊接变形的大小、方向、分布等也都有一定影响。

2 焊接残余应力和焊接残余变形的分类

2.1 焊接残余应力

按焊接应力的性质划分:拉应力;压应力。

2.2 按引起焊接应力的基本原因划分

热应力, 也称温差应力;组织应力, 也称相变应力;拘束应力, 也称反作用应力或收缩应力。

2.3 按焊接应力作用的方向划分

纵向应力;横向应力;厚度方向应力。

2.4 按焊接应力在焊接结构中存在的情况划分

单向应力 (线应力) ;两向应力 (平面应力) ;三向应力 (体积应力) 。

2.5 按内应力的发生和分布范围划分

第一类应力, 又称宏观应力;第二类应力, 又称微观应力;第三类应力, 它的平衡范围更小, 其平衡范围只可用晶格尺寸来比量。

焊接残余变形, 焊接变形分为六种基本变形形式:收缩变形:纵向收缩变形;横向收缩变形;弯曲变形;角变形;波浪变形;扭曲变形;错边变形。

3 焊接残余应力、焊接残余变形的控制措施

针对这些不同种类的焊接残余应力和焊接残余变形, 追溯根源, 根据实际情况进行分析, 采取有效可行的控制措施。

3.1 焊接残余应力的控制措施

构件焊接时产生瞬时内应力, 焊接后产生残余应力, 并同时产生残余变形, 这是不可避免的现象。焊接残余变形的矫正费时费工, 构件制造和安装企业首先考虑的是控制焊接变形, 往往对控制焊接残余应力较为忽视, 常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制焊接变形, 与此同时实际上是增大了焊后的残余应力。对于一些本身刚性较大的构件, 如板厚较大, 截面本身的惯性矩较大时, 虽然焊接变形会较小, 但却同时产生较大的焊接内应力, 甚至产生焊接裂纹。因此, 对于一些构件截面厚大, 焊接节点复杂, 拘束度大, 钢材强度级别高, 使用条件恶劣的重要结构要注意焊接应力的控制。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布, 其控制措施有以下几种:减小焊缝尺寸;减小焊接拘束度;采取合理的焊接顺序;降低焊件刚度, 创造自由收缩的条件;锤击法减小焊接残余应力;采用抛丸机除锈。

3.2 焊接残余变形的控制措施

全面分析各种因素对焊接残余变形的影响, 掌握其影响规律, 就可以采取合理有效的控制措施。

3.2.1 焊缝截面积的影响

焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。焊缝面积越大, 冷却时收缩引起的塑性变形量越大, 焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的, 而且是起主要的影响作用, 因此, 在板厚相同时, 坡口尺寸越大, 收缩变形越大。

3.2.2 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。

3.2.3 焊接方法的影响

多种焊接方法的热输入差别较大, 在建筑钢结构焊接常用的几种焊接方法中, 除电渣焊以外, 埋弧焊热输入最大, 在其他条件如焊缝断面积等相同情况下, 收缩变形最大, 手工电弧焊居中, CO2气体保护焊最小。

3.2.4 接头形式的影响

在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等条件因素相同时, 不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。1) 表面堆焊时, 焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束, 而且加热只限于工件表面一定深度, 使焊缝收缩的同时受到板厚、深度、母材方面的约束, 因此, 变形相对较小。2) T形角接接头和搭接接头时, 其焊缝横向收缩情况与堆焊相似, 其横向收缩值与角焊缝面积成正比, 与板厚成反比。3) 对接接头在单道 (层) 焊的情况下, 其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大, 在单面焊时坡口角度大, 板厚上、下收缩量差别大, 因而角变形较大。双面焊时情况有所不同, 随着坡口角度和间隙的减小, 横向收缩减小, 同时角变形也减小。

3.2.5 焊接层数的影响

横向收缩:在对接接头多层焊接时, 第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律, 第一层以后相当于无间隙对接焊, 接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似, 因此, 收缩变形相对较小。纵向收缩:多层焊接时, 每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多, 加热范围窄, 冷却快, 产生的收缩变形小得多, 而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束, 因此, 多层焊接时的纵向收缩变形比单层焊时小得多, 而且焊的层数越多, 纵向变形越小。

在工程焊接实践过程中, 由于各种条件因素的综合作用, 焊接残余变形的规律比较复杂, 充分了解各因素单独作用的影响, 以便于对工程焊接具体情况做具体的综合分析。所以, 了解焊接变形产生的原因和影响因素, 就可以采取合理有效的控制焊接残余变形的技术措施:

1) 减小焊缝截面积, 在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下, 尽可能采用较小的坡口尺寸 (角度和间隙) 。对屈服强度345MPa以下, 淬硬性不强的钢材采用较小的热输入, 尽可能不预热或适当降低预热、层间温度;优先采用热输入较小的焊接方法, 如CO2气体保护焊。厚板焊接时尽可能采用多层焊代替单层焊。在满足设计要求情况下, 纵向加强肋和横向加强肋的焊接方法可采用间断焊接法。双面均可焊接操作时, 要采用双面对称坡口, 并在多层焊接时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。采用刚性夹具固定法控制焊后变形。采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形, 如H形纵向焊缝每米长可预留0.5mm~0.7mm。对于长构件的扭曲, 主要靠提高板材平整度和构件组装精度, 使坡口角度和间隙准确, 电弧的指向或对中准确, 以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时, 要采取合理的焊接顺序。设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸, 合理布置焊缝, 除了要避免焊缝密集以外, 还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴, 并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。

综上所述, 在建筑工程钢结构焊接过程中, 一定要了解焊接工艺, 采取合理有效的焊接方法和控制措施, 以便减少和消除焊接残余应力和焊接残余变形。在工作实践中不断总结、积累焊接经验, 综合分析考虑各种影响因素, 才可以保证建筑工程中的焊接工程质量。

参考文献

焊接的收缩变形 篇6

一、影响焊接变形的因素

1、结构的刚性对焊接变形的影响

刚性是结构抵抗变形的能力, 刚性大的结构焊后变形小, 而刚性小的结构焊后变形大。结构抵抗拉伸变形的刚性, 主要取决于结构的截面面积的大小, 结构抵抗拉伸变形的刚性, 除取决于结构尺寸大小外, 更主要是结构截面形状。

2、焊缝的质量对焊接变形的影响。

焊缝在结构上的位置对焊接变形的影响是很大的, 焊缝在结构中的位置不同, 焊后所引起的变形情况也各不相同。因此, 在结构设计上应尽量避免焊缝的不对称布置。

3、由于结构的整体刚性总是比它本身的零件和部件的刚性大, 因此整体装配好之后在焊接, 比边装配, 边焊接变形要小。

4、其它因素对焊接变形的影响。

1) 线膨胀系数大的金属材料, 焊后收缩量就大。

2) 在焊缝尺寸相同的情况下, 多层焊比单层焊的收缩量小。

3) 角焊缝比对接焊缝横向收缩小。

4) 间接焊比连续焊缝收缩量小。

5) 有固定夹具条件下相对焊缝变形小。

6) 焊接规范越大, 焊缝的变形就越大。

二、焊接变形的种类

1、纵向缩短和横向缩短

两块对接的钢板焊接后, 沿长度和宽度方向都比原来尺寸缩短了, 通常把这种变形称为纵向缩短和横向缩短, 这种变形是由于焊缝的纵向及横向收缩所引起的。

2、角变形

由于焊缝截面形状上下不对称, 正反两面焊缝的横向收缩不相等, 这样产生了角变形。

3、弯曲变形

由于纵向及横向两方面变形量叠加所形成。

4、波浪变形

发生在薄板 (厚度小于10m m) 焊接结构中产生的原因一种是因为焊接的纵向收缩, 对薄板边缘的压应力超过一定数值时, 在边缘出现了波浪式的变形, 另一种是由于焊缝横向收缩所引起的角变形。

5、扭曲变形

扭曲变形产生的原因主要是装配质量不好, 焊件搁量位置不当, 以及焊接顺序和焊接方向不合理等原因所造成的。

三、减少和防止焊接变形的措施

1、反变形法

焊前首先将焊件向焊接变形相反的方向进行人为的变化, 以达到与焊接变形相抵消的目的, 如下图一是V型坡口单面对焊的变形情况, 因焊缝的横向收缩, 产生了角变形当采用图二所示方法, 将焊件预先反方向斜置, 焊接后由于焊缝角变形, 钢板上转动了一个角度因而基本消除了变形。这种方法我们在日常焊接支架及杆架中经常运用。

2、选择合理的装配和焊接顺序

装配和焊接顺序, 对焊件变形的影响很大, 如果选择不当, 不但会影响到整个工序的顺利进行, 而且使整个焊件产生较大的变形。焊接顺序的选择, 要根据具体情况来确定, 一般对称布置的焊缝, 最好由成双的焊工对称地进行焊接, 这样可以使各焊件所引起的变形相互抵消, 非对称的焊缝, 一般都是先焊焊缝少的一侧, 后焊焊缝多的一侧, 这样可以使先焊焊缝所引起的变形部分得到抵消。对焊件上的长焊缝, 如采用连续焊接的方法, 将会使焊件产生较大的变形。若条件允许可用断续焊缝来代替连续焊缝。或采用不同的焊接方向和顺序来焊接, 此方法适用于我们日常对汽车大梁的挖补和焊补轴类。

3、刚性固定法

刚性固定法是用强制的手段来减少焊接变形的一种方法。特别是薄板焊件, 如果焊前增加它的刚性, 焊后变形就可以显著减少, 因而在焊时可以不必过分考虑焊接顺序, 但这种方法的缺点是有些大件不易固定。另外, 焊件完全冷却后, 撤除固定夹具, 焊件还会有少许变形。如果与反变形法配使用, 其效果就更加明显。

刚性固定的方法很多, 有此采用简单的夹具和支撑, 有些是把焊件固定在刚性平台上, 有的甚至利用焊件本身来构成刚性较大的组合体。薄板焊接是可采用图三所示的方法, 在板焊接时可在板的四周固定位置与平台焊牢, 并用重物压在焊缝的两侧, 焊完后, 待焊缝全部冷却下来再铲除定位焊点和搬掉重物, 这样焊件的变形就可以减少。此方法在制作电机防盗箱时最合适。

4、锤击焊缝法

用圆头小锤锤击焊缝金属, 使焊缝金属发生塑性变形, 这样就可以减少焊接接头的应力与变形, 焊补汽车缸体时, 此法最合适。

焊接的收缩变形 篇7

关键词：焊接工艺,不锈钢,影响分析

焊接工艺是不锈钢加工过程中较为普通的加工手段, 但焊接工艺对不锈钢的影响较大, 尤其是焊接过程中造成不锈钢变形, 对于不锈钢的使用性能来说, 具有重要影响。本文就焊接过程中, 如何解决因为热量过大而引发的不锈钢变形问题进行了研究, 通过采取行之有效的措施, 来解决这一问题, 确保不锈钢加工的美观性和使用性。

1 焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响因素

1.1 焊接方法因素

目前对不锈钢焊接加工的工艺很多, 例如氩弧焊、电弧焊等焊接方法, 但由于焊接方法不同, 对不锈钢焊接变形造成的影响也就不同。焊接方法不同, 焊接过程中产生的热量也就不同, 这些热量将会导致不锈钢形态改变, 从而影响到不锈钢的使用性能[1]。因此, 在进行不锈钢焊接过程中, 要根据不锈钢构件的实际情况选择焊接方法, 避免受到热量影响过大, 造成不锈钢构件失效, 从而造成资源的浪费。

1.2 焊接顺序因素

焊接顺序对于不锈钢焊接变形的影响较大, 由于焊接顺序不同, 对不锈钢的构件造成的应力不同, 这样一来, 就在很大程度上影响了不锈钢构件的稳定性, 从而导致焊接过程中构件变形, 甚至让不锈钢构件损坏, 无法继续使用。在进行不锈钢焊接过程中, 要注意焊接顺序, 将不锈钢焊接变形问题充分考虑进来, 确保焊接工作顺利进行。

1.3 焊接参数因素

焊接参数主要是焊接过程中, 电压、电流等方面的具体数值对不锈钢焊接变形的影响因素。一般来说, 在进行不锈钢焊接过程中, 电压、电流以及电弧等方面的数值都是有着标准化要求的, 这一要求主要是针对于焊接过程中避免造成不锈钢出现太大变化, 进行的一个参数规定。在进行焊接过程中, 对各个数值的明确规定, 有利于保证焊接工艺的顺利进行, 对于实现焊接结果来说, 具有一定的保证。但在实际工作当中, 对于焊接参数把握的不准确, 反而成了影响不锈钢焊接变形的影响因素之一。

2 焊接工艺对不锈钢焊接变形影响的预防措施

针对于焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响, 为了确保焊接工艺能够更好地服务于不锈钢焊接工作当中, 必须要对焊接工艺在进行不锈钢焊接工作时的技术要求提出明确规划, 采取有效措施解决焊接工艺存在的问题, 使之更好地应用于不锈钢焊接工作当中。

2.1 焊前设计

在进行不锈钢焊接工作时, 要根据不锈钢构件的实际情况进行具体分析, 采取行之有效的焊接方法, 这就要求我们在实际焊接工作之前, 做好焊前的设计准备工作。焊前设计主要是针对于不锈钢焊接过程中可能存在的问题以及可能出现的情况进行提前预估, 找出一种行之有效的焊接方式, 进行不锈钢的焊接工作。焊前设计时, 要注意到焊接方法、焊接顺序以及焊接参数等影响不锈钢焊接变形等因素, 确保焊接方法以及焊接顺序的正确性, 并且就相应的焊接设备进行焊前检测, 确保各项参数数值的准确无误。

2.2 焊接过程控制

焊接过程是造成不锈钢变形的根本原因, 在焊接过程中采取强有力的措施控制, 对于保证不锈钢的使用性来说, 具有重要意义[2]。虽然在焊前进行了比较详细的设计, 就焊接方法以及焊接顺序、焊接参数都进行了考量, 但在实际操作过程中, 这些数据对于不锈钢焊接的影响, 是否如理论数值一样, 就需要在焊接过程中进行密切监控。若是发现不符合实际焊接情况的因素, 要进行及时补救措施, 确保焊接过程顺利进行。在进行焊接过程控制时, 还应该注意到工作人员的专业化技能水平, 查看工作人员是否按照程序办事, 在实际操作过程中可否存在安全隐患, 这些方面因素, 都应该进行有效监控, 以此来促进焊接过程的顺利进行。同时, 在进行焊接过程控制时, 要密切关注有关焊接规章制度的落实情况, 对焊接人员的工作进行有效检查, 查处违规操作行为, 这对于促进不锈钢焊接工艺发展来说, 具有重要的积极意义。

2.3 注重焊后的矫正工作

不锈钢进行焊接处理过程中, 其本身会受到焊接时的热量影响, 发生变形情况, 这对于不锈钢的使用性来说, 具有十分不利的影响。因此, 在进行焊接工艺加工时, 不锈钢焊接工艺各个环节, 都要注意到焊接工作的合理有效进行, 在焊后更要注意到矫正工作的实行。焊后的矫正, 在很大程度上能够矫正不锈钢构件的形状, 让不锈钢构件符合使用要求。注重焊后的矫正工作, 提高了不锈钢构件的资源利用效率, 降低了焊接工艺对不锈钢构件的损毁程度, 对于不锈钢焊接工作发展来说, 具有重要意义。

3 结语

综上所述, 我们不难看出焊接工艺对不锈钢焊接变形的重要影响, 如何解决焊接变形问题, 是焊接工艺面临的一个严峻议题。焊接变形影响到了使用性能和审美观, 解决这一问题对于促进焊接工艺发展来说, 意义重大。因此, 在接下来的焊接工艺施工过程当中, 要注意焊接方法、焊接顺序、焊接参数等影响焊接变形的因素, 采取有效措施解决焊接变形问题。

参考文献

[1]王飞翔.焊接工艺对SUS444铁素质不锈钢焊接接头组织和力学性能的影响[J].热加工工艺, 2013, 10 (3) :193-195.

浅析焊接变形的控制方法 篇8

焊接作业属于特种作业, 需要较为精湛的专业技术。焊接作业时会有焊缝产生, 而且通常会在水平或是垂直的方向, 这些焊缝在温度条件下会产生收缩, 从从而导致变形的发生, 当变形量在允许值内时则可以不予处理, 一旦变形量超出正确的范围, 则需要对产生的焊接变形进行矫正, 部分焊接变形的材料在矫正后则会因无法使用而废弃, 即使能再正常使用的也导致了作业时间增加, 所以无论哪种情况都会导致成本上的浪费, 因此对于预防和控制焊接变形的发生, 有效的减少或是避免焊接变形的发生机率, 从而有效的提高作业效率, 降低生产成本。

1 焊接变形产生机理

焊接变形产生的原因是多方面的, 多数情况下在焊接过程中, 各个部件在焊接过程中加热和冷却都呈现着不均匀性, 这样就会导致金属在受热时产生热胀效应, 而在冷却时即发生收缩, 而且热胀冷缩还不均匀, 这样相互连接的各部件之间而会产生相互制约的应力, 当应力不均匀时则会导致变形的发生。焊接应力是导致焊接变形的主要因素, 所以需要对焊接应力进行有效的掌握, 从而控制好焊接变形。焊接变形通常情况下就是由于金属在焊接过程中由于加热和冷却的不均匀从而导致应力的产生, 在应力作用下发生的变形即为焊接变形, 焊接变形的变形量也不是固定的, 其会由于所选择的焊接工艺不同而有所不同。在焊接过程中, 焊接的焊缝的基板会有局部加热的情况发生, 这样就会导致这部分的温度发生较大的变化, 而焊接结束语, 这部分的温度则需要冷却到正常的室温下, 而在冷却焊缝金属也会出现正常的收缩, 从而恢复到正常的体积下。但是在实际焊接过程中, 焊缝的材料与基材的材料会存在不同, 材料的不同其收缩的力度也会出现不同, 这样在收缩过程中应力则会集中产生了焊缝与基材中间, 使焊缝部位产生较大的应拉力, 而当这部分应拉力集中在一起时, 则会导致焊接部位出现变形或是变薄的问题, 而当焊接金属的屈服应力集中释放时, 则会形成焊接永久变形的产生。同时在焊接温度与室温接近时, 整个基板所产生金属膨胀力和收缩应力则会出现无约束的情况, 从而导致变形的产生。即使在焊接过程中利用固定的工件或是使用抗收缩的工具, 但在这些工具对应力进行约束时, 也会导致有多余的应力释放出来, 从而导致基板发生迁移, 使焊接的工件变形。

2 控制变形的方法

焊接的质量好坏, 直接影响着焊接工件的使用性能, 所以在工程实践中, 我们需要利用科学有效的方法来对焊接变形进行有效的控制, 采取相应的消除变形的方法和手段, 从而有效的提高焊接的质量。

2.1 改进焊接结构

合理选择焊缝结构的形式和尺寸, 避免焊缝的不均匀布置和集中分布, 减少不必要的焊缝, 都能有效控制焊接变形。

2.2 采用刚性固定法

对于刚性较小的焊接件, 合理采用刚性好的夹具、支撑件、焊胎等辅助器具加以固定可以减小焊件的变形。

2.3 预留收缩变形余量

根据理论计算和现场经验, 对焊件预先预留收缩变形量或加工量, 保证焊后能够达到设计尺寸要求。

2.4 采用反变形法

根据理论计算和现场经验, 预先把焊件人为地加工或设置产生一个变形, 使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等, 这样变形与反变形就能在焊后得到抵消。

2.5 采用合理的焊接方法

不同的焊接方法带来不同的线能量, 选用线能量比较低的焊接方法, 可以有效地减小焊接塑性压缩区, 从而减小焊接变形。

2.6 采用合理的装配焊接顺序

对焊件适当的划分为部件、组件进行组焊后, 再进行部分间的焊接, 提高了组对的精度, 减少了焊接变形。

2.7 焊前预热和焊后消应力处理

当前焊接过程中为了有效的减少焊接变形的发生, 通常会采用将焊前对焊接母材预热的方法, 这样提高焊接母材的温度, 使其与焊缝金属之间的温差尽可能的减小, 这样在有效的防止了焊接收缩时内应力的增加, 降低了变形的可能。这是一种在焊前对焊接变形进行提前控制的方法, 可以有效的保证焊接的质量, 对纠正焊接变形也起到了积极的作用。

3 减少焊接变形的其他方法

3.1 水冷块

在薄板焊接中, 采用水冷块可带走焊接工件的热量。采用铜焊或锡焊将铜管焊接到铜制夹具, 通过水管进行循环冷却, 以减少焊接变形。

3.2 楔形块定位板

“定位板”是钢板对焊时的一种有效控制焊接变形的技术。定位板的一端焊在工件的一块板上, 另一端将楔形块楔入压板, 甚至可采用多个定位板排列, 以保持焊接时对焊接钢板的定位、固定。

3.3 消除热应力

为了减少焊接变形和残余应力的影响, 设计和焊装工件时应注意以下几点:

1) 不进行过量焊接;

2) 控制好工件的定位;

3) 尽可能采用间断焊接, 但应满足设计要求;

4) 尽可能采用小的焊脚尺寸;

5) 对于开坡口焊接, 应使接头的焊接量最小, 并考虑双边坡口替代单边坡口接头;

6) 尽可能采用多层多焊道焊替代单层双边焊交替焊接。在工件中和轴处开双面坡口焊接, 采用多层焊, 并确定双面焊接顺序;

7) 采用多层少焊道焊接;

8) 采用低热输入焊接工艺, 意味着较高的熔敷率和较快的焊接速度;

9) 采用变位机使工件处于船形焊位置。船形焊位置可使用大直径的焊丝和高熔敷率的焊接工艺;

10) 尽可能在工件的中和轴设置焊缝, 并对称施焊;

11) 尽可能地通过焊接顺序和焊接定位使焊接热量均匀扩散;

12) 向工件的无约束方向焊接;

13) 使用夹具、工装和定位板进行调整、定位;

14) 向收缩的相反方向预弯工件或预置焊缝接头;

15) 按序列分件焊装和总焊装, 可使焊接围绕中和轴一直保持平衡。

4 结束语

焊接作为特种作业行业, 其技术含量较高, 为了有效的保证焊接的质量, 对焊接变形的控制是较为关键的一个环节。导致焊接变形产生的因素较多, 如材料、结构、焊接环境等孝会直接影响到焊接变形的产生, 所以在实际焊接工程作业过程中, 需要根据焊接现场的条件、结构、环境等各个因素进行有效的分析, 从而制定出合理的焊接方法并做好提前预防措施, 尽量控制或是避免焊接变形的发生。这就需要具有较高的焊接技术水平, 同时还要具有较丰富的经验, 这样焊接工人在焊接时才能有效的将焊接环境、焊接材料和控制变形的方法和措施有效的结合起来, 并在工作中具有时刻预防和控制变形的意识, 只有这样才能有效的降低或是消除焊接变形的发生, 提高焊接的质量。

参考文献

[1]冀振.焊接变形的预防与控制[J].科技情报开发与经济, 2012 (17) .

[2]李晓明.孙德伟.焊接结构件焊接变形的控制[J].铁道车辆.2010 (05) :10-16.

焊接的收缩变形 篇9

关键词：插板 高强度耐磨钢板 焊接

0 引言

刮板输送机是以多节可拆溜槽联接成的机身为载体，并由牵引链上的刮板推移散料的输送机械，用来输送各种粉末状、小颗粒或块状的流动性好的散状物料，尤其适合在采煤工作面输送煤炭和进行顺槽转载工作。中部槽是组成刮板输送机机身的主体，具有很好的强度、刚度和耐磨性能。插板是开天窗中部槽重要零部件，拔出插板后便于对链条、刮板进行观察、维修。插板是由与中板套料件及与固定座连接件两部分组成（见附图1），拼接处加工成X形坡口，焊接后要求插板上下两平面对接平整，不得有错边现象，角变形小于1.5mm。上下两条V平焊道的余高，在龙门铣上刀检平整，保证插板顺利插入开天窗中板中。刮板输送机运转以后，刮板从接缝处顺利通过，不得有刮卡现象。

■

图1 插板焊接示意图

1 插板焊接的技术要求

①连接板、插板基准平面用平尺检测变形量< 1.5mm。

②出现角变形后不允许用火焰矫正。因为过火区由于出现退火现象而使插板的硬度降低，从而影响开天窗中部槽的使用寿命。

2 坡口形式及尺寸要求

①便于操作，易保证焊缝根部及其余各层焊道的质量。

②尽量减少填充金属，以降低焊接应力，减小焊接变形。

3 焊接工艺

3.1 焊接方法及焊接材料的选择

中部槽插板工作时主要承受动载荷和冲击载荷，所以要求焊缝具有较好的综合性能。由于插板是高强度耐磨板（低碳调质钢），焊接性较差。为减小热影响区的软化，从焊接方法上考虑热量集中、能量密度大的方法有利，同时选择低氢的焊接方法，以降低接头中扩散氢的含量，提高接头抗裂能力及塑韧性。所以选择富氩气体保护焊是较合适的焊接方法。

在满足焊缝强度要求的前提下，采用低强匹配得到的焊缝组织塑性和韧性均高，可防止裂纹产生，对焊接接头有利。

①焊丝牌号：ER69-G，焊丝直径φ1.2mm实芯焊丝。

②保护气体：80%氩气+20%二氧化碳混合保护气体。

3.2 焊前准备

①将两零件放置在平台上，组装后保证相关尺寸要求，对接间隙1～2m，以增加熔深，保证根部焊透。

②组对后应进行点固焊，对坡口两侧100mm范围预热。点对时采用φ4mmJ506 焊 条，焊前需进行（350±10）℃×1.5h烘焙，而后放在100～120℃保温桶内保温，随取随用，焊机选用弧焊整流器，直流反接。

③在焊缝两端点引弧、收弧板，间隙与工件间隙保持一致。通常始焊和终焊处最容易产生焊接缺陷，诸如焊瘤、弧坑等。使用了引弧、收弧板就是把焊缝两端向外延长，避免这些缺陷落在接头始末端，从而保证整条焊缝质量稳定、均匀，同时始端和终端获得正常尺寸的焊缝截面。

④焊接参数：焊接电流180～220A，电弧电压28～32V。

⑤定位焊段不允许有裂纹、气孔、未熔合等缺陷存在。

3.3 焊接预热要求

①由于插板是高强度耐磨板（低碳调质钢），焊接性较差，所以应采用合理的焊接热输入，配合焊前预热，焊后缓冷等措施，既能避免产生裂纹，又能防止晶粒过热，使得焊接应力与变形较小。焊前预热可降低冷却速度及焊接区的温差，从而减少淬硬组织，减小焊接应力，同时有利于焊缝中扩散氢的逸出，防止产生冷裂纹。

②采用大功率重熔矩火焰均匀预热，温度75～100℃。预热时火焰在坡口两侧100mm范围内进行加热，采用远红外测温仪进行测温，以观察预热范围内的温度是否均匀，当达到待焊处要求的温度时方可施焊，层间温度应不低于预热温度。

3.4 焊接

3.4.1 焊接参数见表1

表1 富氩气体保护焊焊接参数

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3.4.2 焊接顺序及变形控制

①将工件放置在翻转胎上，采用正反面各层交替施焊，这样可将角变形控制在规定的范围内，焊接顺序如图2所示。

②采用多层多道焊接方法，每道焊缝连续焊接。由于前道焊道对后道焊缝具有热处理作用而使晶粒细化，从而提高焊缝的冲击韧性，同时还可以减小焊接变形。先A焊面焊缝，焊接过程中用检验平尺测量连接板和插板两个基准表面的平面度，使变形量控制在1.5毫米范围内，以便及时调整焊接顺序，控制焊接变形。当发现变形量>1.5毫米时，应停止施焊，将工件翻转180°后连续施焊B面焊道，变形量符合要求后翻转工件在进行A面焊接，直到焊接过程完毕。

3.5 工件焊接完成后立即覆盖石棉被保温缓冷。焊后保温缓冷的主要作用是可靠的防止焊缝金属或热影响区内冷裂纹的形成。

3.6 焊后检验

中板焊缝的无损检测：采用超声波探伤。

焊缝的外观成形、内部质量和力学性能均能满足要求。

参考文献：

[1]李亚江.高强钢的焊接[M].冶金工业出版社，2010（1）.

[2]王宽幅，冯丽云.焊接与化机焊接结构[M].中国石化出版社，1991（9）.

焊接的收缩变形 篇10

1 立式圆筒焊接油罐的罐底检测

立式圆筒形焊接油罐的罐底检测是进行立式圆筒形焊接油罐检修的基础工作, 通过检测, 能够为立式圆筒形焊接油罐的检修提供资料基础。立式圆筒形焊接油罐的罐底状态如何, 只有通过检修才能够更加准确的反应给检修人员。一般来说立式圆筒形焊接油罐的罐底检测包含几何形状检测和腐蚀检测两方面内容, 几何形状检测就是对罐底的几何形状进行具体的测量。立式圆筒形焊接油罐在使用过程中由于会受到来自罐内储存液体和罐壁的压力, 而且外表面还需紧贴基础, 形变现象是很容易发生的。一旦发生形变不仅会使罐底损坏的几率增大, 还会影响罐的容积。因而我们在进行形状检测时要确保罐底的几何形状和理论形状相差不大, 如果出现形变问题则需要进行检修。

立式圆筒形焊接油罐在平常担负着储存油品和化工产品的重任, 由于罐底内部油品和化工产品对罐体存在一定的腐蚀作用, 而罐底接触的外部环境也会对罐底带来腐蚀, 因此我们需要对立式圆筒形焊接油罐进行腐蚀检测。一般常用的腐蚀检测方法有超声波厚度检测和漏磁检测法等。超声波检测能够有效的反映罐底局部的腐蚀情况, 但由于罐底面积较大, 因此检测取点的随机性较大, 检测覆盖率较低。漏磁检测虽然能够反映整个罐底的腐蚀情况, 但检测准确率容易受到外界环境的影响, 而且精确度不高。因而我们可以将超声波检测法和漏磁检测法结合使用, 在保证罐底实现整体检测的同时对比较容易发生腐蚀的区域进行重点监测, 保证罐底腐蚀在安全范围内。

2 立式圆筒焊接油罐的检修方案设计

立式圆筒形焊接罐的检修方案设计需要根据罐底的检测结果进行设计, 进行检修方案设计之前, 要综合罐底检测结果和罐的实际应用环境, 分析好导致罐底发生损坏和问题的原因。并采取相应的形变控制措施, 避免立式圆筒形焊接罐维修后在同一位置再次出现损伤。

一般来说导致立式圆筒形焊接罐罐底出现损伤的原因有罐基础沉陷或者罐底板原始施工问题, 根据罐底损坏的原因我们可以设计合理的整修方案, 对罐底进行维修和处理。在罐底检修方案设计时我们要注意以下两点, 第一点就是尽可能不更换边缘板, 如果必须更换则尽量少换, 这主要是由于边缘板更换技术难度较大, 且二次更换的边缘板施工质量难以得到博阿正。

3 立式圆筒焊接油罐的罐底板变形控制

立式圆筒焊接油罐的罐底变形是我们在进行立式圆筒焊接油罐检测中常遇到的问题, 如何做好立式圆筒形焊接油罐的罐底变形控制对保证立式圆筒油罐的质量具有重要意义。对于新建罐来说, 导致罐底变形的主要原因就是基础的不均匀沉降, 基础不均匀沉降会导致罐底受力不均匀, 从而发生形变。当遇到这种现象时我们则需要想办法解决基础不均匀沉降给罐底带来的受力不均问题。

由于大修罐多已经使用多年, 基础沉降已经完成, 因此大修罐的底部形变一般是由于检修焊接罐底失稳导致的。立式圆筒形焊接油罐罐壁与底板之间是用双面角焊缝连接, 由于角焊缝的焊角尺寸较大, 因此焊接后会产生较大的收缩力, 这个收缩力极易使罐底失稳从而导致罐底在重力的作用下发生形变。为了避免检修焊接使罐底发生形变, 焊接需要在有约束的条件下进行, 并选择恰当的焊接方法和焊接顺序, 避免焊接过程中不均匀应力产生给罐底带来的形变风险, 最终保证罐底受力均匀, 减少形变发生的概率。

4 管线和罐体标高的调整

我们进行立式圆筒形焊接油罐罐底焊接时, 会对罐底基础进行维修和加固。在基础维修和加固过程中必然会使罐体的标高发生变化, 然而由于管线时要与罐体连接的, 为了管线不会对罐体发生应力作用, 我们就需要适当提高罐体或者提高管线的标高, 以使管线和罐体高度能够一致。

综上所述, 立式圆筒形焊接油罐的底板对立式圆筒形焊接油罐的使用安全有着重要影响, 我们在进行立式圆筒形焊接油罐的建设和油罐大修时, 一定要注意对立式圆筒形焊接油罐的检查和检修, 实现提升立式圆筒形焊接油罐使用寿命的目的。为了做好立式圆筒形焊接油罐底板焊接变形的控制, 我们要继续深化和发展焊接油罐底板检查和检修技术, 提升立式圆筒形焊接油罐的工程质量, 保证企业的正常运营和安全生产。

参考文献

[1]尹秀峰.浅谈安装焊接变形的处理[J].科技促进发展, 2011 (S1) .