焊接变形及矫正综合试验指导书解读.doc

焊接结构实验指导书 Guidance Book Welded Structure 编 者：王**、王** 教 务 处 201 年 03月 实验二、焊接变形及矫正综合试验 一、实验目的 1、掌握对接接头纵向收缩、横向收缩和角变形产生的原因及分布规律； 2、了解线能量对对接接头纵向收缩、横向收缩和角变形的影响规律； 3、掌握测量纵向收缩、横向收缩和角变形的基本方法和工具的使用； 4、掌握防止或减小对接接头变形的刚性固定法。 二、实验原理 1、对接接头纵向收缩变形产生的原理 在对接接头施焊时，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受到阻碍，产生了压缩塑性变形，这个区域称之为压缩塑性变形区。该区域内的塑性变形分布如图1所示（方鸿渊主编“焊接结构学”教材P82，图3-56），它的存在使构件相当于受到一个外加压力Ff的作用而缩短和（或）弯曲。假想压力Ff的数值可由式1表示： （1） 式中，εp为缩短变形量，Ap为变形区的面积。 （2） ΔL取决于构件的长度L0、截面积A和压缩塑性变形。后者与焊接参数、焊接方法、焊接顺序以及材料的热物理参量有关。在诸工艺因素中焊接线能量是主要的。在一般情况下，它与焊接线能量成正比。 对于单层焊来说，纵向收缩量可以用式3表示： （3） 式中，AH为焊缝截面积，mm2；k1为系数，与焊接方法和材料有关，可以从表1中查得。 表1 不同材料经不同方法焊接时的k1系数 焊接方法 CO2气保焊 埋弧焊 手工焊 材料 低碳钢 低碳钢 奥氏体钢 k1 0.043 0.071～0.076 0.048～0.057 0.076 2、对接接头横向收缩变形产生的原理 横向收缩变形是指垂直于焊缝方向的变形，其与纵向收缩同时发生。二者产生的原理也类似。在热源附近的金属受热膨胀，但受到周围温度较低的金属的约束而承受压应力，这样就会在板宽方向上产生压缩塑性变形，并使其厚度增加，最终结果表现为横向收缩。 对于板宽为B、厚度为δ的板条，焊后在无拘束状态下冷却收缩时，单位长度焊缝热输入qw所引起的平均温度升高可表示为： （4） 式中，c为受焊金属的比热容（J /g·K），ρ为密度（g/mm3）。由于，则 （5） 式中，α为受焊金属的热膨胀系数。 由式（5）可以看出，横向收缩量ΔB与热输入qw成正比，与板厚成反比。 对于单层焊来说，横向收缩量ΔB可以采用式6加以估算。 （6） 式中，FH为焊缝截面积（mm2），δ为板厚（mm） 影响ΔB的因素较多，因而也存在多个ΔB的公式，最好采用实验的方法加以测定。 3、对接接头角变形产生的原理 在堆焊、对接、搭接和丁字接头的焊接时，往往会产生角变形。在对接接头施焊时，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受到阻碍，会产生压缩塑性变形区。对接接头不开坡口时，上部产生的塑性变形一般都比下部大，冷却后使构件产生角变形。角变形的大小取决于压缩塑性变形区的大小和分布情况，同时也取决于板的刚度。对于同一种厚度的试板，随着线能量的增加，上下部塑性变形量的差值将增加。但是，当线能量达到某一值时，角变形不再增加，如果进一步提高线能量，反而出现角变形减小的现象。这是因为线能量的进一步提高，虽然能够提高塑形变形量，但接头下部的温度亦随之提高，上下部塑性变形量的差值进却可能降低，因而角变形反而减少。 三、实验材料与设备仪器 1、对接试板采用工业生产Q345D钢板，规格为厚度8mm×宽度150mm×长度300mm，试板不开坡口，数量共10块，由任意两块试板组成一付对接试板，装配时不留间隔。共组焊5付，其中4付在自由状态下采用不同线能量施焊，另1付在刚性固定条件下任选其中一种线能量进行施焊。其编号分别为1、2、3、4、5。 2、对接试板分别采用手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧焊进行施焊。1号采用手工电弧焊，手工电弧焊焊接设备型号为ZX7-500焊条电弧焊焊机，焊条CJ507Q，直径为4mm。4号采用CO2气体保护焊，CO2气体保护焊焊接设备型号为KRⅡ500，CO2气体保护焊焊机，焊丝牌号为ER50-6（实心焊丝）。直径为1.2mm。2号和3号采用埋弧焊，埋弧焊焊接设备型号为ZD5(D)-1250自动埋弧焊机H08MnA、直径为4mm。匹配的焊剂牌号为SJ101q，焊前焊剂经200℃烘烤1小时后使用。 3、5号在刚性固定的条件下进行施焊，对接试板的刚性固定，采用手工电弧焊点固法，焊机型号为ZX7-500，焊条牌号为CJ507Q、