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減少焊接變形
一、預防和減少焊接變形的方法必須考慮焊接工藝設計以及在焊接時克服冷熱循環的變化。 收縮無法消除,但可以控制。 減少收縮變形的途徑有以下幾方面。
1 ) 勿過量焊接
越多的金屬填充在焊接點會產生較大的變形力。 正確制定焊縫尺寸,不僅能得到較小的焊接變形,還可節省焊材和時間。 填充焊縫的焊接金屬量應最小,焊縫應呈平坦或微凸形,過量的焊接金屬不會增加強度。 反而會增加收縮力,增加焊接變形。
2 ) 間斷焊縫
另一種減少焊縫填充量的途徑是較多地採用間斷焊接。 如焊接加強板,間斷焊接可減少75%的焊縫填充量,同時也能保證所需強度。
3 ) 減少焊道
採用粗焊絲、少焊道焊接比採用細焊絲、多焊道焊接變形小。 多焊道時每一焊道引起的收縮累計增加了焊縫總的收縮。 由圖可知,少焊道、粗焊條焊接工藝比多焊道、細焊條焊接的工藝效果更好。
注意:採用粗焊絲、少焊道焊接或細焊絲、多焊道焊接工藝依據材質而定,一般低碳鋼、16Mn 等材質適用粗焊絲、少焊道焊接,不鏽鋼、高碳鋼等材質適用細焊絲、多焊道焊接。
4 ) 反變形技術
焊接前使零件預先向焊接變形的相反方向彎曲或傾斜放置(仰焊或立焊除外),。 反變形的預置量需經過試驗確定。
預彎、預置或預拱焊接零件是利用反向機械力,抵消焊接應力的一種簡單方法。 當工件預置時,產生使工件與焊縫收縮應力相反的變形。
焊前的預置變形與焊后變形相互抵消,使焊接工件成為理想平面。
另一個常用的平衡收縮力的方法是將同樣的焊接工件相對放置,並將其夾緊。 預彎也可採用此種方法,在夾緊前,將楔子放置在工件的適當位置。
特殊的重型焊接工件由於自身剛性或零件相互位置能產生所需的平衡力,如沒有產生這些平衡力,就需利用其他方法來平衡焊接材料的收縮力,以達到相互抵消的目的。
平衡力可以是其他收縮力、利用工裝夾具形成機械約束力、部件裝焊順序排列的約束力、重力形成的約束力。
5 ) 焊接順序
根據工件的結構形式確定合理的組裝順序,使工件結構在同一位置收縮。 在工件中和軸處開雙面坡口,採用多層焊接,並確定雙面焊接順序。
在角焊縫中採用間斷焊接,第1 道焊接中的收縮由第2 道焊接中的收縮平衡。
工裝夾具可在所需的位置固定工件,增加剛性,減小焊接變形。
這一方式廣泛用於小工件或小型元件的焊接,由於增大了焊接應力,只適用於塑性較好的低碳鋼結構。
6 ) 焊后去除收縮力
敲擊是抵消焊縫收縮力的一種方法,如同焊縫冷卻。 敲擊將使焊縫延伸,變得更薄,從而消除應力(彈性變形)。 但是,使用這種方法必須注意,焊縫根部不能敲擊,敲擊時可能產生裂紋。 通常,敲擊也不能用在蓋面焊道上。
因為,蓋面層可能有焊縫裂紋,影響焊縫檢測,產生硬化效果。 所以,技術的利用是有限的,甚至有實例要求在焊道敲擊中僅在多層焊道內(打底焊和蓋面焊除外)敲擊以解決變形或裂紋問題。
熱處理也是去除收縮力的方法之一,控制工件的高溫和冷卻;有時同樣工件背靠背夾裝、焊接,以這種校直條件來消除應力,使工件殘餘應力最小。
7 ) 減少焊接時間
焊接時產生受熱和冷卻,傳輸熱量時也需要時間。 因此,時間因素也影響變形。
通常,希望體積大的工件受熱膨脹之前,焊接儘快完成。 焊接工藝,如焊條的類型和尺寸、焊接電流、焊接速度等影響焊接工件收縮和變形的程度。
機械化焊接設備的使用減少了焊接時間和受熱引起的變數。
二、減少焊接變形的其他方法
1 ) 水冷塊
很多技術都可用來控制特殊焊接工件的焊接變形。
例如,在薄板焊接中,採用水冷塊可帶走焊接工件的熱量。 採用銅焊或錫焊將銅管焊接到銅製夾具,通過水管進行迴圈冷卻,以減少焊接變形。
2 ) 楔形塊定位板
"定位板"是鋼板對焊時的一種有效控制焊接變形的技術。
定位板的一端焊在工件的一塊板上,另一端將楔形塊楔入壓板,甚至可採用多個定位板排列,以保持焊接時對焊接鋼板的定位、固定。
3 ) 消除熱應力
除特殊情況外,採用加熱來消除應力不是正確的方法,應在工件焊接完成前進行預防或減少焊接變形。
【結論】
為了減少焊接變形和殘餘應力的影響,設計和焊裝工件時應注意以下幾點﹕
(1) 不進行過量焊接
(2) 控制好工件的定位
(3) 儘可能採用間斷焊接,但應滿足設計要求
(4) 儘可能採用小的焊腳尺寸
(5) 對於開坡口焊接,應使接頭的焊接量最小,並考慮雙邊坡口（#看圖）替代單邊坡口接頭
(6) 盡可能採用多層多焊道焊替代單層雙邊焊交替焊接。 在工件中和軸處開雙面坡口焊接,採用多層焊,並確定雙面焊接順序
(7) 採用多層少焊道焊接
(8) 採用低熱輸入焊接工藝,意味著較高的熔敷率和較快的焊接速度
(9) 採用變位機使工件處於船形焊位置﹕
船形焊位置可使用大直徑的焊絲和高熔敷率的焊接工藝
(10) 盡可能在工件的中和軸設置焊縫,並對稱施焊
(11) 盡可能地通過焊接順序和焊接定位使焊接熱量均勻擴散
(12) 向工件的無約束方向焊接
(13) 使用夾具、工裝和定位板進行調整及定位
(14) 向收縮的相反方向預彎工件或預置焊縫接頭
(15) 按序列分件焊裝和總焊裝,可使焊接圍繞中和軸一直保持平衡
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