【文章內容簡介】 小到大。錯邊變形的主要原因是 :熱輸入的不平衡，包括夾具一側未將工件夾緊，使其導熱相對于另一側較慢；工件與夾具一側導熱好一側導熱差；焊接熱源偏離中心，使工件一側熱輸入比另一側大。 焊縫兩側的工件剛度的差異也會引起錯邊，剛度小的一側變形位移大，剛度大的一側變形位移小。角變形發(fā)生于中厚板的對接與角焊接中，這種變形的根本原因是橫向收縮在厚度方向上的不均勻分布所造成，焊縫正面的橫向收縮量大，背面的收縮量小。角變形的大小取決于熔化區(qū)的寬度和深度以及熔深與板 厚之比、接頭類型、焊道次序、材料性能、焊接過程參數(shù)等因素。隨熱輸入的增加或板厚的減少，角變形出現(xiàn)了先增加后減少的變化趨勢。這是因為，板厚較大而熱輸入較少時，板材背面的溫度低，材料還處于彈性狀態(tài)，塑性變形區(qū)未能貫穿板厚，因此角變形較小；板厚較小熱輸入較大時，背面溫度會迅速升高而導致與正面溫度之差變小，因而也會減小角變形。 二、 控制焊接變形的措施 精品 焊接變形的存在將直接影響構件的精度和質量，然而在焊接熱過程中，焊接應力 與變形又是不可避免的，所以需要采取相應的措施來將控制焊接變形控制在允許的范圍內。 在設計階段控制焊 接變形 （ 1） 選擇合理的焊縫尺寸和形式 焊縫尺寸直接關系到焊接工作量、焊接應力和變形的大小。在保證結構承載能力的前提下，應遵循的原則是：盡可能使焊縫長度最短；盡可能使板厚小；斷續(xù)焊與連續(xù)焊相比，優(yōu)先選用斷續(xù)焊縫。本次研究中由于筒體需承受交變載荷，所以采用連續(xù)焊。為控制錯邊變形可以采用 對稱施焊的方法。在坡口的選擇時，采用不適當?shù)钠驴谛螤钊菀桩a生較大的變形。平板對接選用 X 形坡口要比 V 形坡口的角變形小。 （ 2） 合理安排焊縫布局和接頭位置，盡可能較少焊縫數(shù)量 要避免焊縫的秘籍與交叉，焊縫間相互平行且密集時，相同方向上的焊接殘 余應力和塑性變形區(qū)會出現(xiàn)一定程度上的增加；焊縫交叉時，兩個方向上均會產生較高的殘余應力。所以對于筒體的三段筒節(jié)應先分別焊各自縱焊縫然后焊接相互之間的環(huán)焊縫。 （ 3） 控制筒節(jié)的對縫間隙 焊接筒節(jié)之間的對縫間隙越大，焊接時填充的焊料越多，焊接停留時間久越長，在該處的焊接能量積累久越大，產生的焊接變形就相應較大。對縫間隙太小可能會出現(xiàn)焊料添縫不足，導致焊不到等缺陷。 在制造階段的工藝措施 （ 1） 焊前預防措施 a、 采用預變形法 精品 按照預先估計好的結構的變形大小和方向，在裝配時對構件施加一個大小相等方向相反的變形與焊接變形相抵消，使構 件焊后回復到設計的幾何型面和尺寸。在進行筒體縱焊縫焊接時可以采用預變形防止角變形引起不圓。 b、 采用預留收縮量法 為控制焊縫收縮導致的尺寸變化，可以在進行切割下料時，預留一定量的收縮余量。從而保證焊接結構件的尺寸要求。 c、 剛性固定組裝法 進行焊接生產過程中，在沒有反變形的情況下，通過將構件加以固定來限制焊接變形。在進行筒體環(huán)焊縫焊接的過程中采用米字型支撐可以一定程度上防止焊接變形，保證筒節(jié)同心。但是這種焊接方法會產生較大的殘余應力，可以采取相應的焊后退火來消除殘余應力。 （ 2）、焊后矯正措施 a、機械矯正 利用外 力使構件產生與焊接變形方向相反的塑性變形，使兩者相互抵消，從而達到矯正焊接變形的目的。 b、 火焰矯正 利用火焰局部加熱時產生壓縮塑性變形，使較長的金屬纖維在冷卻后收縮，來達到矯正變形的目的。 c、機械 +火焰聯(lián)合矯正 對于厚板件焊接，單一的機械或火焰矯正不能矯正變形，需要兩者聯(lián)合進行矯正變形。 167。 備料工藝分析 焊接結構生產過程中的材料準備、零件的備料加工是焊接生產中 的必經的首道工序，它將直接或間接地影響到整個產品的質量和生產精品 效率。如果零件毛坯加工質量不良，會直接增加裝配的困難，使焊接質量下降。例如：裝配間 隙、坡口形式、零件外形等不符合要求，就會直接影響焊縫的質量，甚至會產生焊接缺陷。為獲得優(yōu)質焊接結構和穩(wěn)定的生產過程，應該有合理的備料加工工藝，其主要包括：矯正（校直）、清理、表面防護處理、預落料等鋼材的預處理，以及劃線、號料、下料、坡口及邊緣加工、彎曲和成形、沖壓等工序。 167。 鋼材的預處理 一、矯正 鋼材在軋制過程中，以及吊裝、運輸或在庫內堆放、儲存中都可能產生變形，如整體、局部的彎曲，表面的凹凸不平，扭曲、波浪變形等。這些變形將會焊接結構件生產過程中各工序的正常進行，并降低產品的質量。例如：會使 劃線號料達不到所要求的精確度，直接影響自動氣割機的切割精度，造成零件尺寸誤差過大，以致不能保證裝配間隙精度，造成焊接燒穿和未焊透等缺陷，以及整個產品幾何尺寸超差等。所以，凡是變形超過技術要求的金屬材料，在劃線號料前必須進行矯正。對于厚度 5mm 以下的成卷供應的鋼板，則在開卷后接著進行矯平，才能應用。在鋼板落料、拼接和結構制造過程中，也會發(fā)生變形，這種變形的矯正稱為 2 第二次矯正，而預先進行的矯正稱為第一次矯正。據(jù)工廠經驗， 10%~100%鋼板、扁鋼和 15%~20%的型材需要矯正。由于矯正是利用鋼材局部塑性變形來 達到矯平和矯直的目的，為了避免鋼材矯正量過大而過度消耗鋼材塑性和設備負荷過大，通常對冷矯正的變形量有限制，對 Q235 鋼冷矯正的伸長率不得超過1%，為防止低溫下冷矯正和冷彎曲時發(fā)生脆裂，碳素結構鋼和低合金結構鋼在環(huán)境溫度分別低于 16℃和 12℃時，不得進行冷矯正和冷彎曲。超過規(guī)定范圍的矯正需采用加熱矯正，碳素結構鋼和低合金結構鋼在加熱矯正時加熱溫度應根據(jù)鋼材性能確定，但不得超過 900℃。低合金結構鋼在加熱矯正后應緩慢冷卻。加工或施焊過的毛胚進行二次矯形時應限制焊縫余高或去除余高，目的是防止接頭區(qū)過大的塑性變 形?，F(xiàn)代焊接生產中多使用機床進行矯正，極少使用手工矯正。使精品 用鋼板矯正機可矯正鋼材厚度 ~50mm，它是利用多輥反復碾壓的原理達到矯正的目的。小的和中等截面的型材也可以使用多輥型材矯正機進行矯正。，但工字鋼、槽鋼及大截面型鋼則需要用型鋼調直壓力機進行矯正。在一些情況下，特別是鋼材二次矯正或是焊件的矯形還常常使用火焰矯形其原理是利用氣焊或氣割的的焊炬割炬或專用的火焰矯正加熱槍，加熱被矯正鋼材或焊件的變形部位，如纖維伸長變形的部位，使之產生壓縮性變形，然后令其迅速冷卻，伸長纖維縮短了，從而消除了變形。矯正后的 鋼材表面，不應有明顯的凹面或損傷，劃痕深度不得大于 ，且不應大于該鋼材厚度負允許偏差的1/2 鋼材矯正后的允許偏差也即轉入下一步工序前鋼材允許變形值。 二、表面清理和表面防護處理 清除鋼材和零件表面的銹、油污和氧化物等是焊接生產中常被忽視的一道工序。這道工序被忽略或沒有認真進行，可使正常生產受阻，例如可破壞數(shù)控切割的連續(xù)性；尤其是在成批、大量生產條件下，采用高效焊接方法時若忽略將造成質量問題，甚至產生廢品。表面清理的方法主要有兩類： 機械法 包括噴丸和噴砂、手動風砂輪或鋼絲刷、砂布打磨、刮光或拋光等 。噴丸和噴砂比較徹底，效率高，但粉塵污染環(huán)境，勞動條件差，須在專用場所進行。對 4mm 以下的薄鋼板噴丸易造成損傷。 化學法 即用溶液進行清理，這種方法效率高，質量均勻而且穩(wěn)定，但是成本高，并對環(huán)境造成污染。常用的酸洗方法是將鋼板浸入質量分數(shù) 2% ~4%的硫酸槽內一定時間后，取出后置入質量分數(shù)1%~2%溫石灰液槽內，經石灰液中和鋼板上殘留的硫酸液，取出干燥，鋼板上留有一層薄石灰粉，它防止金屬在氧化，在切割前和焊前可將其擦去。 一般鋼材表面清理用機械法，大批大量生產薄鋼板沖壓件、不銹鋼和有色金屬采用化學法及機械法 清理。 精品 表面清理如沒有及時投入生產，還會繼續(xù)生銹。表面防護是在完成矯正和清理后的鋼材表面噴涂底漆并烘干的工序。我國在造船、重機、鍋爐和工程機械等行業(yè)中已經建設了 20 多條包括矯平、噴丸除銹、 40℃預熱、硫酸磷化、噴涂底漆和烘干（ 60℃）等工序在內的專用設備組成的鋼材預處理生產線。 167。 放樣、劃線與號料 放樣是在制造金屬結構之前，按照設計圖樣，在放樣平臺上用1:1 的比例尺寸，劃出結構或零件的圖形和平面展開尺寸。放樣的目的是檢查設計圖樣的正確性，確定零件毛坯的下料尺寸以及制作樣板。根據(jù)放樣零件的輪廓線， 用小錘或沖子在金屬材料上打標記稱為號料。號料的目的是避免金屬材料咋搬運過程中將零件的輪廓線擦去。劃線即利用樣板在金屬材料商進行零件實際輪廓的復制。放樣、劃線與號料的工作質量對最后加工出來的半成品或成品、最終產品的質量有很大的影響。合理排料，并注意考慮材料的軋制方向，則不僅有利于提高產品的質量，而且提高材料的利用率，降低生產成本。樣板制作時應考慮焊接收縮變形量及零件加工裕量。號料時應根據(jù)工件形狀、大小、鋼材的規(guī)格尺寸，可用預先計算等方法來合理節(jié)約用料，提高材料利用率。 167。 切割下料 將零件從金屬材料 上按號料標記切割下來的工序稱為下料。下料的方法分為：機械切割、氣體火焰切割和等離子弧切割等。 一、 機械切割 金屬材料的機械切割包括使用剪床、圓盤剪床、沖床、聯(lián)合沖剪機和鋸床等的切割，用的最多的是剪床。當剪床用來切割鋼板時剪切低碳鋼的厚度最大可達 40mm。剪切時，由于對金屬的擠壓、彎曲和剪切塑性變形，導致切口處產生冷作硬化區(qū)，同時被切開金屬發(fā)生整體的扭曲塑性變形。硬化區(qū)寬度一般為 ~，這個區(qū)域的寬度與精品 鋼材的力學性能，加工鋼材的厚度、壓緊裝置的位置及力量，剪刀的銳利狀況及剪刀之間的間隙有關。為提高剪切 質量及降低剪切力，應使剪切過程盡可能為純剪切，要求兩剪刀間的間隙一般在 ~以下。對剪切的質量一般要求切口應與板材表面垂直，斜度不大于1:10，毛刺高不大于 。當用剪床剪切鋼板時，剪切的低碳鋼的厚度最大可達 40mm 二、 氣體火焰切割 氣體火焰切割是先用預熱火焰把金屬表面加熱到燃點，然后打開切割氧使金屬氧化燃燒而放出巨熱，同時將燃燒生成的氧化熔渣從切口吹掉，從而實現(xiàn)金屬的切割。氧 乙炔切割是氣體火焰切割中應用最廣泛的一種。與機械切割相比較，火焰切割的特點是可切割的厚度較大，切割零件的幾何形狀沒 有限制，并可同時開出坡口，但是切割薄板及直線形工件時，其生產率和經濟性不如機械切割。氣割質量取決于所用氧、乙炔純度；火焰的大小及性質；割嘴的構造；切割速度及切割器移動的均勻程度；被切割鋼板的化學成分和被切割鋼材的表面情況等。 三、 等離子弧切割 等離子弧切割是利用高溫的等離子弧流進行切割的一種工藝方法，它可切割一般氣割不能切割的材料，如不銹鋼、有色金屬等。最近發(fā)展的空氣等離子弧切割，成本較低，可用來代替氧 乙炔切割低碳鋼、低合金鋼，也可用于不銹鋼、有色金屬等的切割。適用于切割30mm 以下厚度的鋼板，也可切割不銹鋼 、銅、鋁及其他材料。 一般來說，當被切割鋼板的厚度增加時，剪切時的對準難度加大，剪切后硬化區(qū)也增大，剪床和矯正機的功率也必然增加，從而增加投資費用，同時加工質量也會因厚度增加而難以保證。而隨鋼材的增厚，氣割因此而增加的難度不大。 所以，一般認為當被切割板厚在 20~25mm 以下時剪切是經濟的，在這個數(shù)值以上采用氣割是合理的。 精品 167。 坡口 及邊緣加工 切割下料的金屬毛坯在下列情況下還需進行邊緣加工：為保證裝配的精確度、為了去除不良的邊緣（如氣割的熱影響區(qū)和剪切的冷作硬化區(qū)）、毛坯倒角和加工焊接坡口等。坡口和邊緣加工的方法有以下兩種：采用熔化切割法和采用刨削、車削或銑削機床加工。 熔化切割法包括氧 乙炔氣割、碳弧氣割等。氧 乙炔氣割進行坡口加工通常是在切割的同時進行。碳弧氣刨常用于反面焊接前的清根、扣槽，也可用于清除焊接缺陷，這種方法的生產效率高，但是它會使金屬表面滲碳，影響接頭力學性能，因此適用于低碳鋼和某些低合金鋼的夠構件，或在碳弧氣刨后再 用砂輪打磨。 采用刨削、車削或銑削機床加工時，機床的選擇應根據(jù)構件的不同形狀、尺寸來決定。對于短而直的邊可用刨邊機加工，也可用龍門銑及動力頭驅動的專用刨銑機來加工。采用機械方法加工容易保證質量，達到刨削坡口和邊緣加工的目的。 對接焊縫開破口的原因是為了焊透金屬，以確保接頭的質量和經濟型性。破口形式的選擇主要取決于厚度、焊接方法和工藝過程。通常要考慮一下幾個方面： a、 可焊到性或便于施焊 b、 降低焊接材料的消耗量。對于同樣厚度的焊接接頭，采用 X 形坡口比 V 形坡口能節(jié)省較多的焊接材料、電能和工時，構件越厚，節(jié)省越多，成本也越低。 c、 坡口易加工。 V 形和 X 形坡口可用氣割和等離子弧切割，亦可用機械切削加工。對于 U 形坡口則加工困難，盡量少開。 167。 彎曲及成形 在焊接結構制造中，彎曲及成形加工占有相當大的比重，某些焊接結構件焊接時，金屬材料的 80%~90%需進行彎曲和成形加工。大多數(shù)金屬材料的彎曲和成形加工是在冷態(tài)即常溫下進行的，但當變形量精品 過大時可能會由于變形量過大，導致力學性能下降，所以可以采用加熱彎曲及成形，加熱溫度宜控制在 900~1000℃。金屬板材的彎曲是在卷板機上進行，復雜的曲面形狀的成形一般在壓 力機上利用模子壓出來。卷圓工藝分一次進給和多次進給，取決于工藝限制條件和設備限制條件，即冷卷時不得