【正文】 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。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。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，同時(shí)還受到外加拘束的影響。 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。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。這種變形在較長(zhǎng)梁形構(gòu)件焊接時(shí)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(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)生過程有重要的影響。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。 圖 15 錯(cuò)邊變形 7）螺旋形變形。 焊接過程中對(duì)接邊的熱不平衡是造成焊接錯(cuò)邊的主要原因。焊后兩焊接件在長(zhǎng)度方向和厚度方向的錯(cuò)位現(xiàn)象，稱為錯(cuò)邊變形。 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。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。 波浪變形一般在薄板焊接時(shí)出現(xiàn)較多。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。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。 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。焊后構(gòu)造的平面圍繞焊縫縫產(chǎn)生的角位移。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，見圖 12。縱向收縮和橫向收縮的圖示如圖 11。同理，間斷焊的縱向收縮變形要比連續(xù)焊時(shí)小得多。對(duì)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(shí)小得多，所以多層焊時(shí)引起的縱向收縮比單層焊小。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?？v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。理論認(rèn)為縱向收縮量大約為焊縫長(zhǎng)度的 1／ 1000。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。 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。另外，采用埋弧自動(dòng)焊時(shí)橫向收縮量比板厚相近的手工電弧焊的橫向收縮變形量小，采用氣焊時(shí)橫向收縮量比手工電弧焊的橫向收縮量大。這是因?yàn)橄群傅臋M向收縮對(duì)后焊的焊縫產(chǎn)生一個(gè)擠壓作用，使后者產(chǎn)生更大的橫向壓縮變形。 橫向變形的大小與焊接線能量和板厚有關(guān)，隨著焊接線能量的提高，橫向收縮量增加；隨著板厚的增加，橫向收縮量減少。橫向收縮的形成原因，一部分是由于焊縫金屬冷卻后的收縮，另一部分是焊縫金屬熱膨脹受阻形成橫向殘余塑性變形而引起的。斷續(xù)焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小，焊接次序不當(dāng)或未先焊好分部構(gòu)件，然后總拼裝焊接，都易產(chǎn)生較大的焊接變形，所以在施工時(shí)要制定合理的焊接工藝措施是很重要的。 （ 4）構(gòu)件點(diǎn)焊成形后，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的不同幾何尺寸、形狀制定出正確的焊接工藝流程，此項(xiàng)工作對(duì)控制焊接變形關(guān)系重大，大部分變形量是由于焊接工藝不正確所造 成，如焊接電流大、焊條直徑粗、焊接速度慢等，均會(huì)造成焊接變形大。 （ 3）鋼結(jié)構(gòu)剛性不大時(shí)，焊縫在結(jié)構(gòu)中對(duì)稱布置，施焊程序合理時(shí)只產(chǎn)生線性縮短；當(dāng)焊縫布置不對(duì)稱時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生彎曲變形；焊縫截面重心與接頭截面 15 重心在同一位置上時(shí)，只要施焊程序合理，只產(chǎn)生線性縮短；當(dāng)焊縫截面重心偏離接頭截面重心時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生角變形。焊縫及焊接熱影響區(qū)金屬在焊接時(shí)加熱到熔點(diǎn)或固態(tài)相 變溫度以上，冷卻過程中其金屬組織要發(fā)生變化。由于加熱的金屬在加熱時(shí)已產(chǎn)生了壓縮的塑性變形，所以，最后的長(zhǎng)度要比未被加熱金屬的長(zhǎng)度短些。試板冷卻時(shí)，由于焊縫先后冷卻時(shí)間不同，先焊的先冷卻凝固，存在一定強(qiáng)度，阻止了后焊的焊縫在橫向的自由膨脹，使其產(chǎn)生橫向壓縮變形。在靠近焊縫 一側(cè)高溫區(qū)受到熱壓力作用，而在遠(yuǎn)離焊縫一側(cè)受到熱拉應(yīng)力的作用。焊接變形產(chǎn)生的原因有以下幾種： （ 1） 不均勻的局部加熱和冷卻是最主要原因。焊接熱輸入引起材料不均勻局部加熱，使焊縫區(qū)溶化；而與熔池毗鄰的高溫區(qū)材料熱膨脹則受到周 圍材料的限制，產(chǎn)生不均勻的壓縮塑性變形；在在冷卻過程中，已已發(fā)生壓縮塑性變形的這部分材料又受到周圍條件的制約，而不能自由收縮，在不同程度上又被拉伸而卸載；與此同時(shí)，熔池凝固，金屬冷卻收縮使也產(chǎn)生相應(yīng)的收縮拉應(yīng)力與變形。 14 第一章 焊接變形及其影響因素 焊接變形產(chǎn)生的原因 焊接接應(yīng)力和變形是由多種因素交互作用而導(dǎo)致的結(jié)果。 因此對(duì)焊接變形的分析和對(duì)焊接變形量的估算具有重要意義。焊接變形的存在不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度和外觀 ,而且有可能降低其承載能力和機(jī)械性能， 更重要的是容易引起焊接結(jié)構(gòu)的失穩(wěn) 。為使其簡(jiǎn)單化，實(shí)際中常用焊接性的概念作為一種分類系統(tǒng)，將焊接分解為熱力學(xué)、力學(xué)和顯微結(jié)構(gòu)等過程，從而降低了焊接性各種現(xiàn)象的復(fù)雜性。 焊接是將金屬材料連接成構(gòu)件的最重要的方法，無論添加或不添加填充金屬， 包括表面堆焊焊縫，大多數(shù)焊接過程的技術(shù)核心是被連接表面的 熔化，隨后是連續(xù)的冷卻，局部熱輸入形成局部熔化，同時(shí)盡可能的減少向構(gòu)件內(nèi)部的熱擴(kuò)散和向周圍環(huán)境的熱散失，焊接過程是一個(gè)不均勻的、快速地加熱和冷卻的過程 。由于高度集中的瞬時(shí)熱輸入，在焊接過程中和焊后將產(chǎn)生大的殘余應(yīng)力 (焊接殘余應(yīng)力 )和變形 (焊接殘余變形、焊接收縮、焊接翹曲 )，焊接過程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)力和焊后殘余應(yīng)力影響構(gòu)件的變形和焊接缺陷，而且在一定程度還影響結(jié)構(gòu)的加工精度和尺寸的穩(wěn)定性。 焊接變形的存在不僅造成了焊接結(jié)構(gòu)形狀變異，尺寸精度下降和承載能力降低，而且在工作載荷作用下引起的附加彎矩和應(yīng)力集中現(xiàn)象是焊接結(jié)構(gòu)早期失效的主要 原因，也是造成焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度降低的原因之一。從民間交通到火箭導(dǎo)彈等運(yùn)載工具，從農(nóng)業(yè)機(jī)械到各種精密機(jī)械和重型及其處處皆有。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所選用的焊接規(guī)范參數(shù)符合實(shí)際焊接 要求，計(jì)算公式得當(dāng)，其焊接工藝與變形的計(jì)算方法能夠?yàn)樯a(chǎn)實(shí)際提供理論依據(jù)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導(dǎo)教師評(píng)閱書 指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)： 一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評(píng)閱教師評(píng)閱書 評(píng)閱教師評(píng)價(jià)： 一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”） 評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 6 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對(duì)答辯問題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □