【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2） 縱向收縮 在焊接時(shí)，由于沿焊縫方向不均勻的溫度分布，焊縫及其附近的金屬產(chǎn)生了縱向壓縮殘余塑性變形。產(chǎn)生塑性變形的區(qū)域稱(chēng)為塑性變形區(qū)。構(gòu)建縱向收縮的變形的大小取決于塑性變形區(qū)的大小，構(gòu)建截面積，焊接線能量以及焊縫的長(zhǎng)度。由于塑性變形區(qū)的收縮受到周?chē)饘俚淖璧K，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)縱向收縮不如橫向收縮顯著。理論認(rèn)為縱向收縮量大約為焊縫長(zhǎng)度的 1／ 1000。 縱向收縮變形以及由它所引起的撓曲變形。縱向收縮變形量的大小主要取決 16 于構(gòu)件的長(zhǎng)度、截面積和壓縮塑性變形的大小。而壓縮塑性變形與焊接參數(shù)、焊接方法、焊接順序以及材料的熱物理參 量有關(guān)。在這些工藝因素中，焊接線能量（ Q=q/v， q 為能量， v 為焊接速度）是主要的。在一般情況下，縱向收縮變形與焊接線能量成正比的關(guān)系。對(duì)于同樣截面積的焊縫來(lái)講，多層焊每次所用的焊接線能量比單層焊時(shí)小得多，所以多層焊時(shí)引起的縱向收縮比單層焊小。分的層數(shù)越多，每層所用的線能量就越小，變形也越小。同理，間斷焊的縱向收縮變形要比連續(xù)焊時(shí)小得多。當(dāng)焊縫在構(gòu)件中的位置不對(duì)稱(chēng)時(shí)，焊縫引起的應(yīng)力就是不均勻的，這樣它不但使構(gòu)件縮短，同時(shí)還使構(gòu)件彎曲，產(chǎn)生撓曲變形?？v向收縮和橫向收縮的圖示如圖 11。 圖 11 橫向收縮和縱向收縮 3） 撓曲變形 構(gòu)件焊后在外形上發(fā)生撓曲。主要是因?yàn)閮蓚?cè)焊縫收縮變形量的 同，或一邊產(chǎn)生收縮變形而另一邊保持不變而引起的，見(jiàn)圖 12。 圖 12 撓曲變形 4） 角變形。焊后構(gòu)造的平面圍繞焊縫縫產(chǎn)生的角位移。主要是由于沿板厚方向焊縫收縮變形量的不同造成。 在堆焊、對(duì)接、搭接和丁字接頭的焊接時(shí)，由于橫向收縮變形在厚度方向上 17 的不均勻分布，往往會(huì)產(chǎn)生角變形。角變形的大小取決于構(gòu)件的壓縮塑性變形的大小和分布情況，同時(shí)也取決于板的剛度。對(duì)于同一種板厚，隨著焊接線能量的增加，正反兩面塑性變形量的差值將增加，角變形量也將增加。但當(dāng)線能量達(dá)到某一值時(shí)，角變形不再上升，如果進(jìn)一步提高線能量，反而會(huì)出現(xiàn)角變形減小的現(xiàn)象。這是因?yàn)榫€能量的進(jìn)一步提高，使得板背面的溫度隨著提高，正反兩面的塑性變形量的差值可能降低，所以角變形反而減少。對(duì)于同樣的板厚和坡口形式，多層焊比單層焊角變形大 ，焊接層數(shù)越多，角變形越大。另外多道焊比多層焊的角變形要大，角變形的圖示如圖 13. 圖 13角變形 5）波浪變形。構(gòu)件的焊接后呈波浪狀的變形，主要出現(xiàn)在薄鋼板的焊接中，是由于薄鋼板焊后存在焊縫內(nèi)應(yīng)力，在內(nèi)應(yīng)力作用下，使薄板失穩(wěn)，形成波浪變形。 波浪變形一般在薄板焊接時(shí)出現(xiàn)較多。這是因?yàn)樵诒“搴附訒r(shí)，由于焊接應(yīng)力的作用，薄板可能發(fā)生失穩(wěn)（薄板在承受壓力時(shí)，當(dāng)其中的壓應(yīng)力達(dá)到某一臨界數(shù)值時(shí)，薄板將因出現(xiàn)波浪變形而喪失承載能力，這種現(xiàn)象通常稱(chēng)為失穩(wěn)），從而產(chǎn)生波浪變形。降低波浪變形可以從降低壓應(yīng)力和提高臨界應(yīng)力兩方面著手。因壓應(yīng)力的大小和拉應(yīng)力的區(qū)域大小成正比，故減小塑性變形區(qū)就可能降低壓應(yīng)力的數(shù)值。 CO2 氣體保護(hù)焊所產(chǎn)生的塑性變形區(qū)比氣焊和手工電弧焊小，斷續(xù)焊比連續(xù)焊小，接觸點(diǎn)焊比熔化焊小，小尺寸的焊縫比大尺寸的焊縫小。因此，采用塑性變形區(qū)小的焊接 方法和措施就可以減少波浪變形，見(jiàn)圖 14. 圖 14 波浪變形 18 6）錯(cuò)邊變形。焊后兩焊接件在長(zhǎng)度方向和厚度方向的錯(cuò)位現(xiàn)象，稱(chēng)為錯(cuò)邊變形。主要是焊接過(guò)程中兩焊接件的受熱不均勻造成的。 焊接過(guò)程中對(duì)接邊的熱不平衡是造成焊接錯(cuò)邊的主要原因。另外焊接件的兩邊剛度不同也會(huì)造成錯(cuò)邊，因?yàn)閯偠仍酱蟮暮附舆叺奈灰圃叫。斐蓛蛇呍诤附又胁煌轿灰?，從而產(chǎn)生錯(cuò)邊，見(jiàn)圖 15。 圖 15 錯(cuò)邊變形 7）螺旋形變形。焊件在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的扭曲變形。主要是由于焊縫角變形沿長(zhǎng)度上的分布不均勻和工件的縱向錯(cuò)邊造成的。 產(chǎn)生螺旋形扭曲變形的主要原因是由于焊縫角變形沿長(zhǎng)度上的分布不均勻性和工件的縱向錯(cuò)邊造成的。這種變形在較長(zhǎng)梁形構(gòu)件焊接時(shí)比較常見(jiàn)，見(jiàn)圖16. 圖 16 螺旋型變形 19 焊接變形的影響因素 材料因素的影響 材料對(duì)于焊接變形的影響不僅和焊接材料有關(guān)，而且和母材也有關(guān)系，材料的熱物理性能參數(shù)和力學(xué)性能參數(shù)都對(duì)焊接變形的產(chǎn)生過(guò)程有重要的影響。其中熱物理性能參數(shù)的影響主要體現(xiàn)在熱傳導(dǎo)系數(shù)上，一般熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，溫度梯度越大，焊接變形越顯著。力學(xué)性能對(duì)焊接變形的影響比較復(fù)雜，熱膨脹系數(shù)的影響最為明顯，隨著熱膨脹系數(shù)的增加焊接變形相應(yīng)增加。同時(shí)材料在高溫區(qū)的屈服極限和彈性模量及其隨溫度的變化率也起著十分重要的作用，一般情況下，隨著彈性模量的增大，焊接變形隨之減小而較高的屈服極限會(huì)引起較高的殘余應(yīng)力，且峰值應(yīng)力和平均應(yīng)力均 較高，焊接結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的變形能也會(huì)因此而增大，從而可能促使脆性斷裂，此外，由于塑性應(yīng)變較小且塑性區(qū)范圍不大，因而焊接變形得以減小。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素的影響 焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)焊接變形的影響最關(guān)鍵，也是最復(fù)雜的因素。其總體原則是隨拘束度的增加，焊接殘余應(yīng)力增加，而焊接變形則相應(yīng)減少。結(jié)構(gòu)在焊接過(guò) 程中，工件本身的拘束度是不斷變化著的，因此自身為變拘束結(jié)構(gòu)，同時(shí)還受到外加拘束的影響。一般情況下復(fù)雜結(jié)構(gòu)自身的拘束作用在焊接過(guò)程中占據(jù)主導(dǎo)地位，而結(jié)構(gòu)本身在焊接過(guò)程中的拘束度變化情況隨結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加而增加，在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，常需要采用筋板或加強(qiáng)板來(lái)提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛性，這樣做不但增加了裝配和焊接工作量，而且在某些區(qū)域，如筋板、加強(qiáng)板等，拘束度發(fā)生較大的變化，給結(jié)構(gòu)的焊接變形分析與控制帶來(lái)了一定的困難。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)結(jié)構(gòu)板的厚度及筋板或加強(qiáng)板的位置、數(shù)量等進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)減小焊接變形有著十分重要的作 用。 20 焊接方法的影響 多種焊接方法的熱輸入差別比較大，如在鋼結(jié)構(gòu)焊接常用的幾種焊接方法中，在其他條件如焊縫斷面積等相同情況下，除電渣以外，埋弧焊熱輸入比較大，收縮變形比較大，手工電弧焊居中， CO2氣體保護(hù)焊最小。 焊接層數(shù)的影響 以縱向收縮為例，多層焊接時(shí)，每層焊縫的熱輸入比一次完成單層焊的熱輸入小得多，塑性變形區(qū)范圍窄。冷卻快，產(chǎn)生的收縮變形小得多，而且前層焊縫焊成后都對(duì)下層焊縫形成約束，因此，多層焊接時(shí)的縱向收縮變形比單層焊時(shí)要小很多，而且焊的層數(shù)越多，縱向變形越小。 接頭型式的影響 在焊接熱輸入、焊縫截面積、焊接方面等因素條件相同時(shí)，不同的接頭形式對(duì)縱向．橫向、角變形量有不同的影響。常用的焊縫形式有堆焊、角焊、對(duì)接焊。 1)表面堆焊時(shí)，焊縫金屬的橫向變形不但受到縱橫向母材的約束．而且加熱只限于工件表面一定深度而使焊縫的收縮同時(shí)受到板厚、深度、母材方面的約束，因此，變形相對(duì)較小。 2)T 形角接接頭和搭接接頭時(shí)，其焊縫橫向收縮情況與堆焊相似，其橫向收縮值與角焊縫面積成正比，與板厚成反比。 3)對(duì)接接頭在單道 (層 )焊的情況下，其焊縫橫向 收縮比堆焊和角焊大．在單面焊時(shí)坡口角度大。板厚上、下收縮量差別大，因而角變形較大。雙面焊時(shí)情況有所不同，隨著坡口角度和間隙的減小，橫向收縮減小，同時(shí)角變形也減小。 焊縫截面積對(duì)焊接變形的影響 焊縫截面積焊縫截面積是指熔合線范圍內(nèi)