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焊接技巧100招02 四、控制焊接变形 4.1 焊接变形产生的原因 1、加热对焊缝金属的物理性能的影响有哪些？ 焊接加热对焊缝金属的物理性能有很大的影响，主要包括硬度（或弹性模量E）增加、屈服点降低以及伸长率增加等。低碳钢焊接时焊缝金属的物理性能变化如图40所示。 2、为什么焊接会引起变形？ 在高温下沿着焊道方向焊缝金属逐渐增加，电弧附近的峰值温度可以达到几千摄氏度，这使靠近焊缝的较热金属比远离焊缝的较冷金属更加膨胀，但较冷金属会阻止来自于较热金属的膨胀力，使工件金属形成永久性变形。当工件冷却时，热收缩力将使焊缝金属收缩；此时某些收缩力会分布于变形的工件金属中，而在工件的刚性部分，这些收缩力不会分布开并残留在工件内部，形成内应力，如图41所示。 3、施焊在长形焊接件上的焊缝是如何产生变形的？ 焊接时沿整个焊缝长度会产生收缩，如图42所示，收缩总是产生于焊缝金属和母材金属之间。 4、控制收缩和变形程度的因素有哪些？ ① 外部夹具的拘束作用； ② 大型焊件的内部拘束； ③ 焊件自身的刚度； ④ 焊接热量输入和焊接速度； ⑤ 冷却速度。 这些因素的交互作用十分复杂，对于最简单焊缝的收缩和变形进行计算和预测也是很困难的，但可以采取一些措施、工艺步骤控制收缩和变形量。 5、在哪些部位会看到焊接收缩和变形的影响？ 沿焊缝轴线部位易引起纵向收缩，沿垂直于焊缝轴线部位易引起横向收缩，如图43(a)所示。在丁字形焊缝的十字交叉部位容易变形，如图43(b)所示。这种变形主要是由焊缝熔敷金属和热影响区金属共同作用引起的。 根据焊缝中心轴线的位置不同，给向收缩对工件的影响作用也不同，如图44所示。焊缝总是收缩，中性轴长度不变。所以中性轴总是弯向焊缝。 6、导致焊接变形的最直接的控制因素是什么？ 主要是焊接熔敷过量，焊接熔敷过量是经常被忽视的引起变形的原因。由于缺乏对焊接过程的准确把握，设计者可能会制定较大的焊缝尺寸；当零部件送到工厂的车间时，车间技术人员为了安全地进行焊接，将零件的尺寸进一步增加，最后焊接操作者为了确保得到牢固的焊缝，又进一步增加了焊缝的尺寸，结果是最初6mm的角焊缝最后被焊成12mm的角焊缝尺寸。 焊接操作者可能没有意识到焊缝金属与焊脚尺寸成平方关系，结果焊脚尺寸增加6mm使得焊缝熔敷金属成倍增加，同时还明显增加焊缝的收缩变形，也会增加4倍的焊接费用，因此过量熔敷的焊缝金属是不必要的。在图45(a)中，焊接熔敷过量会增加焊缝的收缩力；在图45(b)中，采用小尺寸焊缝会降低变形；在图45(c)中，采用断续焊缝可以减小焊缝长度，并可以进一步减小焊缝收缩和变形。 4.2 控制收缩和变形 1、明显减小焊缝变形的步骤有哪些？ 减小焊缝变形的主要步骤如图46～图48所示。 2、其他的控制附加应力和变形的方法是什么？ ① 可以采用在焊道每一侧进行多道对接焊缝以减小角变形； ② 对于复杂结构应调整结构的焊接位置及顺序，以平衡产生的收缩力，通常应采用对角焊缝结构； ③ 在较冷的环境中，采用焊前预热对于降低焊接冷却速度并获得良好的接头有一定的作用。但根据美国海军部门的研究表明，焊前预热并不能很有效地减小焊接变形； ④ 大型焊件焊后进行热处理主要是为了减少残余应力，并防止在机械加工的焊缝表面产生变形。对于一个具有较大残余应力的焊接结构，采用机械加工方法消除焊缝金属可能会导致产生更大的变形； ⑤ 火焰矫正法，见弯曲与校直。 实际应用中经常将两种或更多的控制应力和变形的方法结合应用，以获得良好的应用效果。 4.3 横梁的横向和纵向收缩 1、焊缝尺寸和形状是如何影响焊缝的收缩变形的？ 收缩变形的产生与焊缝金属的熔敷量和形状有直接关系。如图49(a)所示。同样尺寸的钢板，采用双面V形坡口所产生的收缩变形是采用单面V形坡口的一半。图49(b)所示为常用板材厚度与焊缝面积的线性关系示意。 通过分析可以估算出焊缝的横向收缩变形量等于焊缝十字交叉部分平均宽度的10%，即：横向收缩量＝0.10×平均焊缝宽度。这表明减小焊缝尺寸并保证所要求的强度，可以满足控制收缩变形的要求。 2、当一个钢板被焊接成带卷边的工字梁结构时，可以预测工字梁中心的偏差吗？ 可以。采用图50中的方程计算出的纵向焊缝收缩量与实测值基本一致，公式中面积A、转动惯量I、横梁结构的硬度值可以从有关数据表中获得，该方程也适用于T形梁结构和角焊缝结构。横梁结构还可以采用水压机进行机械弯曲力和用氧－乙炔火焰进行弯曲。 如果对法兰盘上底和下底进行焊接时，横向收缩力会产生平衡，使得焊缝几乎没有横向收缩偏差。 3、当在两个C形管道上焊接一个长的、薄的箱形件时，为了减小箱形件和管道的最终弯曲变形，应采取何种措施？ 产生应防止第一道焊缝直接冷却直到第二道焊缝焊完，然后让两个焊缝同时冷却，以促使两个焊缝彼此平衡收缩变形