1/1焊接變形收縮余量計算公式△L橫≈0.1δ，δ=板厚。（間隙和線能量最小化）

焊接變形收縮余量計算公式

焊接變形收縮始終是一個比較復雜的問題，對接焊縫的收縮變形與對接焊縫的坡口形式、對接間隙、焊接線的能量、鋼板的厚度和焊縫的橫截面積等因素有關，坡口大、對接間隙大，焊縫截面積大，焊接能量也大，則變形也大。

為了給設計人員提供一定的參考，貼幾個公式

1、單V對接焊縫橫向收縮近似值及公式：

y=1.01*e^（0.0464x）

y＝收縮近似值

e＝2.718282

x＝板厚

2、雙V對接焊縫橫向收縮近似值及公式：y=0.908*e^（0.0467x）

y＝收縮近似值

e＝2.718282

x＝板厚

、

4、

5、

6、

1試述焊接殘余變形的種類。

焊接過程中焊件產生的變形稱為焊接變形。焊后，焊件殘留的變形稱為焊接殘余變形。焊接殘余變形有縱向收縮變形、橫向收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形和波浪變形等共六種，見圖1，其中焊縫的縱向收縮變形和橫向收縮變形是基本的變形形式，在不同的焊件上，由于焊縫的數量和位置分布不同，這兩種變形又可表現為其它幾種不同形式的變形。

2焊件在什么情況下會產生縱向收縮變形？

焊件焊后沿平行于焊縫長度方向上產生的收縮變形稱為縱向收縮變形。當焊縫位于焊件的中性軸上或數條焊縫分布在相對中性軸的對稱位置上，焊后焊件將產生縱向收縮變形，其焊縫位置見表1。

焊縫的縱向收縮變形量隨焊縫的長度、焊縫熔敷金屬截面積的增加而增加，隨焊件截面積的增加而減少，其近似值見表2。表2焊縫縱向收縮變形量的近似值（mm/m）

注：表中所表示的數據是在寬度大約為15倍板厚的焊縫區域中的縱向收縮變形量，適用于中等厚度的低碳鋼板。

3試述焊縫的橫向收縮變形量及其計算。

焊件焊后在垂直于焊縫方向上發生的收縮變形稱為橫向收縮變形，橫向收縮變形量隨板厚的增加而增加。

低碳鋼對接接頭、T形接頭和搭接接頭的橫向收縮變形量，見表3、表4。

對接接頭橫向收縮變形量的近似計算公式，見表5。

表5對接接頭橫向收縮變形量的近似計算公式

①δ——板厚（mm）。

當兩板自由對接、焊縫不長、橫向沒有約束時，橫向收縮變形量要比縱向的大得多。

4焊件在什么情況下會產生彎曲變形？

如果焊件上的焊縫不位于焊件的中性軸上，并且相對于中性軸不對稱（上下、左右），則焊后焊件將會產生彎曲變形。如果焊縫集中在中性軸下方（或下方焊縫較多）則焊件焊后將產生上拱彎曲變形；相反如果焊縫集中在中性軸上方（或上方焊縫較多），則焊件焊后將產生下凹彎曲變形。又如果焊件相對焊件中性軸左、右不對稱，則焊后將產生旁彎，焊件產生彎曲變形的焊縫位置，見表6。

5試述焊件產生角變形的原因及其數值。

焊接時，由于焊接區沿板材厚度方向不均勻的橫向收縮而引起的回轉變形稱為角變形見圖1b。

產生角變形的原因是，焊縫的截面總是上寬下窄，因而橫向收縮量在焊縫的厚度方向上分布不均勻，上面大、下面小，結果就形成了焊件的平面偏轉，兩側向上翹起一個角度。電渣焊縫由于焊縫厚度均勻，所以焊后焊件基本上不產生角變形。

有色金屬和薄板，由于焊接過程中熔池承托不住焊件的重量，使兩側板下垂，結果會引起相反方向的角變形。

低碳鋼對接接頭在自由狀態下，焊后角變形的實驗值，見表7。

6試述波浪變形和扭曲變形產生的原因。

⑴波浪變形焊后構件產生形似波浪的變形稱為波浪變形。薄板對接焊后，存在于板中的內應力，在焊縫附近是拉應力，離開焊縫較遠的兩側區域為壓應力，如壓應力較大，平板失去穩定就產生波浪變形，見圖1d。

此外，當焊件上的幾條角焊縫靠得很近時，由每角焊縫所引起的角變形連貫在一起也會形成波浪變形，見圖2。波浪變形通常產生在薄板結構中。

⑵扭曲變形構件焊后兩端繞中性軸相反方向扭轉一角度稱為扭曲變形，見圖1e。

如果構件的角變形沿長度上分布不均勻和縱向有錯邊，則往往會產生扭曲變形。如圖3a所示工字梁的四條角焊縫在定位焊后不采用適當夾具，按圖3b所示的焊接方向（相鄰焊縫反向）進行焊接，這時角變形沿著焊縫長度逐漸增大，使構件扭轉，即構件扭轉，即產生扭曲變形。

7如何利用合理的裝配焊接順序來控制焊接殘余變形？

不同的構件形式應采用不同的裝配焊接方法。

1）結構截面對稱、焊縫布置對稱的焊接結構，采用先裝配成整體，然后再按一定的焊接順序進行生產，使結構在整體剛性較大的情況下焊接，能有效地減少彎曲變形。

例如，工字梁的裝配焊接過程，可以有兩種不同方案，見圖4。若采用圖4b所示的邊裝邊焊順序進行生產，焊后要產生較大的上拱彎曲變形；若采用圖4c所示的整裝后焊順序，就可有效地減少彎曲變形的產生。

示的焊縫1的位置幾乎與上蓋板截面中性軸重合，所以對整個結構的彎曲變形沒有影響。

8如何利用合理的焊接順序來控制焊接殘余變形？

⑴對稱焊縫采用對稱焊接當構件具有對稱布置的焊縫時，可采用對稱焊接減少變形。如圖4所示工字梁，當總體裝配好后先焊焊縫1、2，然后焊接3、4，焊后就產生上拱的彎曲變形。如果按1、4、2、3的順序進行焊接，焊后彎曲變形就會減小。但對稱焊接不能完全消除變形，因為焊縫的增加，結構剛度逐漸增大，后焊的焊縫引起的變形比先焊的焊

縫小，雖然兩者方向相反，但并不能完全抵消，最后仍將保留先焊焊縫的變形方向。

⑵不對稱焊縫先焊焊縫少的一側因為先焊焊縫的變形大，故焊縫少的一側先焊時，使它產生較大的變形，然后再用另一側多的焊縫引起的變形來加以抵消，就可以減少整個結構的變形。

9如何利用合理的焊接方向來控制焊接殘余變形？

為控制焊接殘余變形而采用的焊接方向，有以下幾種：

⑴長焊縫同方向焊接如T形梁、工字梁等焊接結構，具有互相平行的長焊縫，施焊時，應采用同方向焊接，可以有效地控制扭曲變形，見圖6a。

⑵逆向分段退焊法同一條或同一直線的若干條焊縫，采用自中間向兩側分段退焊的方法，可以有效地控制殘余變形，見圖6b。

⑶跳焊法如構件上有數量較多又互相隔開的焊縫時，可采用適當的跳焊，使構件上的熱量分布趨于均勻，能減少焊接殘余變形，見圖6c。

10如何利用反變形法來控制焊接殘余變形？

為了抵消焊接殘余變形，焊前先將焊件向與焊接殘余變形相反的方向進行人為的變形，這種方法稱為反變形法。例如，為了防止對接接頭產生的角變形，可以預先將對接處墊高，形成反向角變形見圖7a。為了防止工字梁翼板焊后產生角變形，可以將翼板預先反向壓彎見圖7b。在薄殼結構上，有時需在殼體上焊接支承座之類的零件，焊后殼體往往發生塌陷，為此，可以在焊前將支承座周圍的殼壁向外頂出，然后再進行焊接見圖7c。

采用反變形法控制焊接殘余變形，焊前必需較精確地掌握焊接殘余變形量，通常用來控制構件焊后產生的彎曲變形和角變形，如反變形量留得適當，可以基本抵消這兩種變形。

11如何利用剛性固定法來控制焊接殘余變形？

焊前對焊件采用外加剛性拘束，強制焊件在焊接時不能自由變形，這種防止焊接殘余變形的方法稱為剛性固定法。采用壓鐵防止薄板焊后的波浪變形見圖8。

剛性固定法簡單易行，適用面廣，不足之處是焊后當外加剛性拘束卸掉后，焊件上仍會殘留一些變形，不能完全消除，不過要比沒有拘束時小得多。另外，剛性固定法將使焊接接頭中產生較大的焊接應力，所以對于一些抗裂性較差的材料應該慎用。

12如何利用散熱法和自重法來控制焊接殘余變形？

⑴散熱法焊接時用強迫冷卻的方法將焊接區的熱量散走，減少受熱面積從而達到減少變形的目的，這種方法稱為散熱法，利用散熱法減少薄板的焊接變形見圖9。圖9b是將焊件浸入水中進行焊接（常用于小容器焊接）。圖9c是用水冷銅塊進行冷卻。

散熱法不適用于焊接淬硬性較高的材料。

⑵自重法利用焊件本身的質量在焊接過程中產生的變形來抵消焊接殘余變形的

法稱為自重法。如一焊接梁上部的焊縫明顯多于下部，見圖10a，焊后整根梁產生下凹彎曲變形。為此焊前將梁放在兩個相距很近的支墩上，見圖10b，首先焊接梁的下部兩條直焊縫，由于梁的自重和焊縫的收縮，將使梁產生彎曲變形，焊畢，將支墩置于兩頭，并使梁反身擱置，隨后焊接梁的上部，由于支墩是置于梁的兩頭，梁的自重彎曲變形與第一次相反，不僅如此，上部焊縫的收縮變形方向也與下部焊縫收縮變形的方向相反，因此焊后梁的彎曲

變形得以控制，見圖10c。

13如何利用機械矯正法矯正焊接殘余變形？

利用手工錘擊或機械壓力矯正焊接殘余變形的方法叫機械矯正法。

手工錘擊矯正薄板波浪變形的方法，見圖11。圖11a表示薄板原始的變形情況，錘擊時錘擊部位不能是突起的地方，這樣結果只能朝反方向突出，見圖11b，接著又要錘擊反面，結果不僅不能矯平，反而要增加變形。正確的方法是錘擊突起部分四周的金屬，使之產生塑性伸長，并沿半徑方向由里向外錘

擊，見圖11c，或者沿著突起部分四周逐漸向里錘擊，見圖11d。

利用機械力矯正焊接殘余變形的方法，見圖12。圖12a是利用加壓機構矯正工字梁焊后的彎曲變形。圖12b是利用圓盤形輾輪輾壓薄板焊縫及其兩側，

使之伸長來消除薄板焊后的殘余變形。

手工錘擊矯形勞動強度大，技術難度高，但無須設備，適用于薄板的焊后矯形。機械矯正效率高、速度快、效果好，但須要加壓機構等設備，適用于中、大型焊件焊后的矯形。

14如何正確進行火焰矯正焊接殘余變形？

利用火焰對焊件進行局部加熱時產生的塑性變形，使較長的金屬在冷卻后收縮，以達到矯正變形的目的稱火焰加熱矯正法。火焰加熱矯正法矯正焊件殘余變形時要注意以下事項：

1）加熱用火焰通常采用氧乙炔焰，火焰性質為中性焰，如果要求加熱深度小時，可采用氧化焰。

2）對于低碳鋼和低合金結構鋼，加熱溫度為600～800℃，此時焊件呈櫻紅色。

3）火焰加熱的方式有點狀、線狀和三角形三種，其中三角形加熱適用于厚度大、剛性強的焊件。

4）加熱部位應該是焊件變形的突出處，不能是凹處，否則變形將越矯越嚴重。

5）矯正薄板結構的變形時，為了提高矯正效果，可以在火焰加熱的同時用水急冷，這種方法稱為水火矯正法。對于厚度較大而又比較重要的構件或者淬硬傾向較大的鋼材，不可采用水火矯正法。

6）夏天室外矯正，應考慮到日照的影響。因為中午和清晨原加熱效果往往不一樣。

7）薄板變形的火焰矯正過程中，可同時使用木錘進行錘擊，以加速矯正效果。

15試述用電磁錘法矯正焊接殘余變形的工作原理。

電磁錘法又稱強電磁脈沖矯正法，其矯正焊件變形的過程如下：把一個由絕緣的圓盤形線圈組成的電磁錘放置于焊件待矯正處，從已充電的高壓電容向其放電，于是在線圈與焊件的間隙中出現一個很強的脈沖電磁場，見圖13。由此產生一個比較均勻（與機械錘相比）的壓力脈沖，使該處產生與焊件變形反向的變形，用以矯正焊件的變形。

電磁錘法適用于電導率大的材料如鋁、銅等板殼結構的矯形。對電導率小的材料則需在焊件與電磁錘之間放置鋁或銅質薄板。

電磁錘法矯正變形的優點在于：

1）焊件表面沒有撞擊的錘痕。

2）矯形能量可精確地控制。

3）無需揮動錘頭，可在比較窄小的空間內進行工作。

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工程機械用矩形管焊接工藝

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路橋集團柳州筑路機械廠李馳

工程機械采用大量矩形管鋼結構件。進口機一般選用軋制型的矩形管材，我國鋼材市場只供應工字鋼、槽鋼、角鋼等型材，很難買到矩形管，特別是大截面尺寸的矩形管。我廠在研制HTH5000型水泥混凝土滑模攤鋪機時，摸索出一套制造矩形管的經驗。

1矩形管制造方案的確定

矩形梁是攤鋪機機架的主要構件，其強度，剛度等機械性能都要求較高。圖1是HTH5000型攤鋪機機架使用的收縮梁我眨截面，長1932mm，材質為16Mn。與之配套的內管截面尺寸為310×206mm，長2432mm。由于內管需在外管中自由伸縮，且設計要求內外管的彎曲，扭曲及平行度等偏差不大于1.2mm，制作技術難度較大。為此，通過調查研究，最終確定采用對稱兩半折彎成槽形半殼，然后再焊接成型的制造工藝。對稱的兩根槽形半梁用大型折彎壓制成型，按工藝要求加工對接焊坡口，預留間隙拼接，采用CO2氣體保護焊接施焊。

2焊接工藝

2.1控制焊接變形

方形焊接構件大長焊縫大截面熔敷必然造成較大的焊接變形，必須設法預防。

主要的變形形式是：橫向收縮變形，使矩形斷面尺寸受到影響，每邊約需縮進預留間隙90%左右；焊縫橫向收縮后，豎板兩端向內彎曲，使構件形成腰鼓狀；由于焊縫斷面大，輸入熱量多，必然引起較大的縱向電收縮，使構件在長度方向形成撓曲變形；不合理焊接造成的扭曲變形。矯正十分因難，有時不得不害開重焊或造面整件報廢。即使變形得到糾正，也增加了構件的附加應力，對使用不利。

從焊接變形理論知道，影響焊接變形大小主要因素是：焊縫尺寸愈大，熔敷金屬愈多，變形愈大；焊縫尺寸相等時，焊縫線能量越大。造成的變形出越大；焊接大長焊縫時，分段比直通焊變形要小；焊縫布置不對稱或雖布置對稱但不對稱焊接，使焊縫部位偏離越嚴重，變形越大；構件剛性越小，變形越大。

根據以上分析，在保證焊縫質量的前提下，減少和控制變形的主要途徑是：設計合理的坡口尺寸，制訂最佳焊接規范。采取合理的焊接順序和回強工藝管理等。

2.2焊接坡口設計

焊接接頭口設計在焊接工程中設計中是較薄弱的環節，主要是許多鋼結構件的結法治坡口設計不是出自焊接工程技術人員之手，硬性套標準和工藝性能較差的坡口屢見不鮮。坡口形式對控制焊縫內部質量和焊接結構制造質量有著很重要作用。坡口設計必須考母材的熔合比，施焊空間，焊接位置和綜合經濟效益等問題。應先按下式計算橫向收縮值

ΔB。

ΔB=5.1Aω/t+1.27d

式中Aω——焊縫橫截面積，mm3,t——板厚，mm，d——焊縫根部間隙，mm。

找出ΔB與Aω的關系后，即可根據兩者關系列表分析，處理數據，進行優化設計