【文章內(nèi)容簡介】 2） 縱向收縮 在焊接時，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)域稱為塑性變形區(qū)。構建縱向收縮的變形的大小取決于塑性變形區(qū)的大小，構建截面積，焊接線能量以及焊縫的長度。由于塑性變形區(qū)的收縮受到周圍金屬的阻礙，所以相對來說縱向收縮不如橫向收縮顯著。理論認為縱向收縮量大約為焊縫長度的 1／ 1000。 縱向收縮變形以及由它所引起的撓曲變形?？v向收縮變形量的大小主要取決 16 于構件的長度、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。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系。對于同樣截面積的焊縫來講，多層焊每次所用的焊接線能量比單層焊時小得多，所以多層焊時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)焊時小得多。當焊縫在構件中的位置不對稱時，焊縫引起的應力就是不均勻的，這樣它不但使構件縮短，同時還使構件彎曲，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 構件焊后在外形上發(fā)生撓曲。主要是因為兩側焊縫收縮變形量的 同，或一邊產(chǎn)生收縮變形而另一邊保持不變而引起的，見圖 12。 圖 12 撓曲變形 4） 角變形。焊后構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、對接、搭接和丁字接頭的焊接時，由于橫向收縮變形在厚度方向上 17 的不均勻分布，往往會產(chǎn)生角變形。角變形的大小取決于構件的壓縮塑性變形的大小和分布情況，同時也取決于板的剛度。對于同一種板厚，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。但當線能量達到某一值時，角變形不再上升，如果進一步提高線能量，反而會出現(xiàn)角變形減小的現(xiàn)象。這是因為線能量的進一步提高，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)應力，在內(nèi)應力作用下，使薄板失穩(wěn)，形成波浪變形。 波浪變形一般在薄板焊接時出現(xiàn)較多。這是因為在薄板焊接時，由于焊接應力的作用，薄板可能發(fā)生失穩(wěn)（薄板在承受壓力時，當其中的壓應力達到某一臨界數(shù)值時，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力和提高臨界應力兩方面著手。因壓應力的大小和拉應力的區(qū)域大小成正比，故減小塑性變形區(qū)就可能降低壓應力的數(shù)值。 CO2 氣體保護焊所產(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，見圖 14. 圖 14 波浪變形 18 6）錯邊變形。焊后兩焊接件在長度方向和厚度方向的錯位現(xiàn)象，稱為錯邊變形。主要是焊接過程中兩焊接件的受熱不均勻造成的。 焊接過程中對接邊的熱不平衡是造成焊接錯邊的主要原因。另外焊接件的兩邊剛度不同也會造成錯邊，因為剛度越大的焊接邊的位移越小，造成兩邊在焊接中不同步位移，從而產(chǎn)生錯邊，見圖 15。 圖 15 錯邊變形 7）螺旋形變形。焊件在結構上出現(xiàn)的扭曲變形。主要是由于焊縫角變形沿長度上的分布不均勻和工件的縱向錯邊造成的。 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度上的分布不均勻性和工件的縱向錯邊造成的。這種變形在較長梁形構件焊接時比較常見，見圖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 材料對于焊接變形的影響不僅和焊接材料有關，而且和母材也有關系，材料的熱物理性能參數(shù)和力學性能參數(shù)都對焊接變形的產(chǎn)生過程有重要的影響。其中熱物理性能參數(shù)的影響主要體現(xiàn)在熱傳導系數(shù)上，一般熱傳導系數(shù)越小，溫度梯度越大，焊接變形越顯著。力學性能對焊接變形的影響比較復雜，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增加。同時材料在高溫區(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引起較高的殘余應力，且峰值應力和平均應力均 較高，焊接結構存儲的變形能也會因此而增大，從而可能促使脆性斷裂，此外，由于塑性應變較小且塑性區(qū)范圍不大，因而焊接變形得以減小。 結構設計因素的影響 焊接結構的設計對焊接變形的影響最關鍵，也是最復雜的因素。其總體原則是隨拘束度的增加，焊接殘余應力增加，而焊接變形則相應減少。結構在焊接過 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構，同時還受到外加拘束的影響。一般情況下復雜結構自身的拘束作用在焊接過程中占據(jù)主導地位，而結構本身在焊接過程中的拘束度變化情況隨結構復雜程度的增加而增加，在設計焊接結構時，常需要采用筋板或加強板來提高結構的穩(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、加強板等，拘束度發(fā)生較大的變化，給結構的焊接變形分析與控制帶來了一定的困難。因此，在結構設計時針對結構板的厚度及筋板或加強板的位置、數(shù)量等進行優(yōu)化，對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，如在鋼結構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氣體保護焊最小。 焊接層數(shù)的影響 以縱向收縮為例，多層焊接時，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下層焊縫形成約束，因此，多層焊接時的縱向收縮變形比單層焊時要小很多，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，不同的接頭形式對縱向．橫向、角變形量有不同的影響。常用的焊縫形式有堆焊、角焊、對接焊。 1)表面堆焊時，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受到板厚、深度、母材方面的約束，因此，變形相對較小。 2)T 形角接接頭和搭接接頭時，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，同時角變形也減小。 焊縫截面積對焊接變形的影響 焊縫截面積焊縫截面積是指熔合線范圍內(nèi)