平板焊接变形的测量与分析
焊接技术及自动化实验指导书
焊接技术及自动化专业实验指导书材料成型及控制教研室主编《CBE模式下焊接技术及自动化专业学生实践能力培养体系的改革研究》课题组参编目录一、《金属学及热处理》实验指导书1．实验一金相显微镜的使用及金相试样的制备 (1)2．实验二铁碳合金平衡组织的显微分析 (7)3．实验三碳钢的热处理 (9)二、《焊接冶金与金属焊接性》实验指导书1．实验一焊缝金属中扩散氢的测定 (13)2．实验二斜Y型坡口焊缝裂纹实验 (17)3．实验三插销实验 (19)三、《焊接结构》实验指导书1．实验一不同焊接参数下平板变形量测量与分析 (23)2．实验二不同焊接方法下平板变形量测量与分析 (25)3．实验三不同焊接位置下平板变形量的分析 (26)4．实验四焊接变形的矫正 (27)四、《焊接方法与设备》实验指导书1．实验一不同的酸碱度焊条的焊接工艺性 (29)2．实验二埋弧自动焊焊接 (32)3．实验三 CO2保护焊焊接参数对焊缝成形的影响 (36)4．实验四钨极氩弧焊焊接方法 (41)5．实验五焊条电弧焊实训项目 (43)五、《弧焊电源》实验指导书1．实验一弧焊电源外特性和调节性能的测定 (45)2．实验二弧焊电源的结构认识与观察 (48)3．实验三弧焊整流器的结构认识与观察 (50)六、《Pro/E造型及模具设计》实验指导书1．实验一基于Pro/E Wirdfire设计软件初步练习 (52)2．实验二Pro/E截面草绘功能练习 (53)3．实验三Pro/E基本成型特征功能练习 (57)4．实验四Pro/E基准特征建模功能练习 (61)5．实验五 Pro/E零件建模工程特征功能练习 (63)6．实验六Pro/E实体特征编辑功能练习 (65)7．实验七Pro/E曲面造型功能练习 (68)8．实验八Pro/E装配图功能练习 (71)9．实验九Pro/E工程图功能练习 (73)10．实验十基于Pro/E塑料模具设计综合练习 (76)七、《快速成型技术及应用》实验指导书1．实验一激光快速成形原理及成型系统观摩 (80)2．实验二三维实体的STL格式转化及切片 (81)八、《金属结构腐蚀与防护》实验指导书1．实验一金属耐腐蚀性能的评定 (83)九、《压力焊》实验指导书1．实验一点焊工艺及设备 (85)十、《先进连接技术》实验指导书1．实验一先进连接技术原理及设备观摩 (89)十一、《焊接检验》实验指导书1．实验一超声波仪器性能的测定 (92)2．实验二磁粉探伤 (95)3．实验三着色法无损探伤 (97)十二、《焊接工装及变位机械》实验指导书1．实验一常用焊接工装操作 (99)《金属学及热处理》实验指导书实验一金相显微镜的使用及金相试样的制备一、实验目的1. 了解普通金相显微镜的构造与使用方法。
焊接变形的观测实验
按照焊接残余变形的外观形态来分，有收缩变形、角变形、 弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等几种基本变形形式，这些基本变形 形式的不同组合，形成了实际生产中复杂的焊接残余变形。
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实验1 焊接变形的观测实验
(2)用游标卡尺测量正、反面各样冲眼间距b0和b0'以及试板焊 前的长度L0，分别记于表1中。
(5)用角度尺测量试板反面各样冲眼处初始角度a0，记于表2中。 (6)用选定的焊接规范在试板正面沿中心线部位堆焊一道焊缝。 (7)待试板焊后冷却至室温时，再用游标卡尺测量正、反面各样冲眼 间距b1和b1'以及焊后的长度L1，分别记于表1中。 (8)用角度尺测量试板焊后反面各样冲眼处的角度a1，记于表2中。
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表1 横纵变形记录表
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表2 角变形量记录表
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实验1 焊接变形的观测实验
5.实验报告 (1)计算各测量点的横向变形量(平均值)。
(2)将各点横向变形量绘制成沿点角变形量绘制成沿试板长度方向的分布图。 (5)分析试板产生横、纵向变形以及角变形的原因。
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图1 试板划线图示
实验1 焊接变形的观测实验
1.实验目的 (1)了解试板堆焊时的变形过程及其规律。 (2)测量试板的纵向、横向收缩变形及角变形。
2.基本原理 焊接造成焊件尺寸的改变称为焊接变形。焊接过程中产生的
变形称为焊接瞬时变形;焊后残留于焊件中的变形称为焊接残余变形。 影响焊接变形的因索很多，其主要原因包括焊件受热不均匀、焊缝
焊接变形测量方法
焊接变形测量方法1.直尺测量法直尺测量法是一种简单直观的测量方法，它通过选取焊接件上的几个关键点，使用直尺等测量工具，测量这些点在焊前和焊后的位置变化，并计算变形量。
这种方法适用于接头尺寸较小的焊接件，能准确测量到焊接变形的大小和方向，但不能确定整体位移和扭曲等较为复杂的变形情况。
2.光栅测量法光栅测量法是一种非接触式的测量方法，它使用光栅传感器对焊接件进行测量。
测量时，将光栅传感器固定在参考平面上，然后通过采集光栅传感器上的位移数据来获取焊接变形信息。
这种方法无需接触焊接件，对焊接件的变形不产生任何干扰。
同时，光栅测量法还能实时监测焊接过程中的变形情况，为焊接参数的调整提供有力依据。
3.全息干涉法全息干涉法利用激光全息技术进行测量，它通过记录焊接件前后的光干涉图像，来获取焊接变形的信息。
测量时，将参考平面和焊接件放置在同一平面上，然后使用激光记录焊前和焊后的全息图像，通过计算两幅全息图像的差异来获取焊接变形。
这种方法适用于各种焊接材料和工艺，对于较大的焊接变形有较好的可测量性。
4.三角测量法三角测量法是通过三角关系来测量焊接变形的方法。
测量时，首先在焊前确定一个基准平面并选取几个点，然后在焊后测量这些点的位置，并计算其与基准平面之间的夹角和距离。
通过对比两套数据，可以获得焊接变形的大小和方向。
这种方法简单易行，适用于焊接件尺寸较小且结构简单的情况。
综上所述，焊接变形测量方法有直尺测量法、光栅测量法、全息干涉法和三角测量法等。
每种方法都有其适用范围和特点，可以根据具体情况选择合适的方法进行测量。
在进行焊接变形测量时，还应注意测量精度的控制和测量结果的分析，以便更好地评估焊接质量和改进焊接工艺。
118-平板焊接变形固有应变方法的研究
0
200
400
600
800 1000 1200 1400 1600 1800 温度(℃)
图 3
SS400低碳钢的热物理性能曲线（a）和热力学性能曲线（b）
(a)
(b)
计算在Intel Core(TM)2/ 3.00GHz CPU, 3.00GB内存的微机上进行， 用时8小时 （包含温度场、 应力场计算），数值模拟结果与实验数据比较如图 4所示：
37/56 0.296 2.084
43/56 0.368 2.008
49/56 0.432 1.564
55/56 -0.272 0.664
Wx
Wy
平均纵向固有应变为 W xa = ∑
i =1
图 4
热弹塑性有限元计算值与实验值比较： （a）横向收缩； （b）角变形； （c）纵向收缩
3.2 固有应变法计算焊接变形
下面运用固有应变法计算上述模型，比较热应变加载方法和初应力加载方法与热弹塑性 有限元方法结果的精度。由图 4中热弹塑性有限元计算值可得板材的主要固有变形，翼板的 TS f = 0.29mm ， θ = 0.0125rad ，腹板的平 平均纵向收缩、横向收缩、角变形为 LS f = 0.065mm ， 均纵向收缩取为LS w = 0.075mm 。通过对横向残余塑变和纵向残余塑变进行积分，可以得到沿 焊缝方向各截面处的固有应变值（表 2） ：
热力学性能参数
400 350 300 250 200 150 100 50 0
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 温度（ 温度（℃）
屈服强度(Mpa) 杨氏模量(GPa) 热膨胀系数(10-7 /C) 泊松比(10ˉ²)
焊缝角变形测量
焊缝角变形测量焊缝角变形是指焊接过程中，由于热应力或冷却过程中的收缩等原因导致焊缝的角度发生变化。
焊缝角变形是焊接过程中常见的问题，对于焊接质量和工件的使用寿命有着重要的影响。
因此，对焊缝角变形进行测量和控制是焊接工艺中的重要环节。
焊缝角变形的测量可以采用多种方法。
其中，常用的方法包括光学测量、机械测量和电子测量等。
光学测量是通过使用显微镜或光学投影仪等设备，观察焊缝表面的形变程度来进行测量。
机械测量是通过使用测微计或游标卡尺等工具，直接测量焊缝角度的变化。
电子测量则是利用电子测量仪器，如激光测距仪或压力传感器等，对焊缝角变形进行精确测量。
在进行焊缝角变形测量时，需要注意以下几点。
首先，要选择合适的测量方法和仪器，以确保测量结果的准确性和可靠性。
其次，要在焊接过程中进行实时监测，及时发现和纠正焊缝角变形的问题。
此外，还要注意测量时的环境条件，如温度和湿度等因素，以避免对测量结果的影响。
焊缝角变形的测量结果可以用于评估焊接质量和确定焊接工艺参数的合理性。
通过对测量结果的分析，可以了解焊缝角变形的原因和程度，并采取相应的措施进行修正。
例如，在焊接过程中可以采用预热和控制冷却速度等方法，以减少焊缝的角度变形。
此外，还可以通过优化焊接工艺参数，如焊接电流、焊接速度和焊接压力等，来控制焊缝角变形的发生。
除了测量和控制焊缝角变形，还可以通过设计合理的焊接结构和采用适当的焊接工艺，来降低焊缝角变形的发生。
例如，可以采用多道焊接或交替焊接的方法，以减少焊接热量的集中，从而减少焊缝角度的变化。
此外，还可以采用预应力或焊后热处理等方法，以增加焊接结构的稳定性和抗变形能力。
焊缝角变形是焊接过程中常见的问题，对焊接质量和工件的使用寿命有着重要的影响。
因此，对焊缝角变形进行测量和控制是焊接工艺中的重要环节。
通过选择合适的测量方法和仪器，实时监测焊缝角变形，并采取相应的措施进行修正，可以提高焊接质量，延长工件的使用寿命。
同时，通过设计合理的焊接结构和采用适当的焊接工艺，也可以降低焊缝角变形的发生。
平板焊接变形的测量与分析
實驗一平板焊接變形的測量與分析一、實驗目的1 〃掌握平板收縮變形、撓曲變形及角變形的基本方法。
2 〃熟悉平板堆焊收縮變形、撓曲變形及角變形的產生原因和分佈規律。
3 〃瞭解不同厚度、不同線能量對收縮變形、撓曲變形及角變形大小的影響。
二、焊接設備、實驗條件及測量工具和儀器(一）焊接方法及設備焊接方法：手工電弧焊。
焊接設備：交流弧焊機及其輔助設施。
（二）實驗條件1 〃試件尺寸：2mm × 150mm ×300mm6mm × 150mm × 300mm2 ·試件材料：Q235A3 〃焊接規範見下表板厚焊接電流2mm 90A 110A6mm 170A 190A4 〃測點分佈如下圖1 2 所示圖1 2mm 板測點分佈圖2 6mm 板測點分佈6mm 板：橫向收縮、角變形以及撓曲變形均測。
2mm 板：只測角變形及撓曲變形。
（三）測量工具與儀器測量儀器包括：1 ，引伸儀；2 〃遊標卡尺； 3 〃鋼板尺。
三、測量方法1、橫向收縮變形的測量橫向收縮變形採用引伸儀來測量。
引伸儀結構見圖3 。
圖3 引伸儀結構示意圖其中：1 〃百分表； 2 〃鉸鏈；3 〃活動支腿；4 〃固定支腿； 5 〃彈簧。
對應圖2 中A 、B 、C 、F 、G 、H 六條橫線，把引伸儀的活動支腿 3 放在豎線L 上的洋沖孔內，拉動引伸儀，是活動支腿 4 放在豎線P 上對應的孔內，從百分表中讀出焊前孔間距的原始數值BO ，焊後測出間距數值Bl 。
分別填入附表內，其差值即為焊接所引起的橫向收縮變形值。
趕泣塑哩鰻互曳絲下表面差值的平均值即為該位置的橫向收縮變形值。
2 、撓曲變形的測量撓曲變形的測量採用帶支腿的鋼板尺和遊標卡尺來測量。
圖4 撓曲變形測量示意圖如圖4 所示，1 為帶支腿的鋼板尺，2 為試件。
使用遊標卡尺分別測出焊前、焊後的高度h ，分別記為hl 、h2 填入附表內，其差值即為焊接所引起的撓曲變形。
实验十九 板条纵向边缘焊时动态弯曲变形的测量与分析ppt课件
图3 板条弯曲挠度随时间的变化曲线
三、实验原理
在板条长度L坚持不变时，板条宽度h对于焊接加热及冷却 过程中弯曲挠度f的变化有明显影响〔图4〕。板宽h增大时， 板条的抗纵向变曲惯性矩J或EJ增大，因此使板条无论在加热 过程中还是冷却后的最大纵向变曲挠度都减小。
图4 板条宽度h对弯曲变形的影响
三、实验原理
焊接线能量的变化对于板条的弯曲挠度具有不可无视的影 响，如图5所示。随着I焊的增大，焊接加热过程中的板条最 大弯曲挠度不时地添加。
图5 焊接电流I焊与板条弯曲挠度的关系
三、实验原理
在冷却过程中，由于板长金属受热塑变区尺寸及沿板条宽 度方向的温度分布这两个要素的综合影响，板条的瞬时弯曲 挠度和冷却终了的剩余弯曲挠度与I焊之间并不是单调要根据 线性关系，因此，当U弧及V焊均坚持不变时，焊接电京戏的 影响表现为随着I焊的逐渐增大，板条未端的剩余弯曲挠度f现 却有一个由小变大，再由大变小的变化过程，也即存在一个 剩余弯曲挠度为最大的临界焊接电流值I焊临。
2、分析曲线起弧点、峰值点、灭弧点的规律性。 3、分析焊接顺序、方向、层次对f-t曲线及f值的影响。
二、实验安装及资料
1.实验安装
图1 实验安装表示图 1-焊条；2-板条加持安装；3-试板；4-位移传感器；5-磁
性千分表座；6-X-Y函数记录仪；7-电焊机
二、实验安装及资料
2.实验资料
① 低碳钢板〔经500~600℃保温2~3小时高温回火〕 钢板尺寸:板长L=490mm,板宽h=80mm,板厚 δ=8mm。
8. 冷后把焊件取下，使尚未敷焊边缘朝上，再安状在夹具上，反复5、6、 7各步骤，焊接试板另一边缘，记录1. I焊及U弧值皆取焊接过程中仪表指针的稳定的指示幅值，V焊值为根据 秒表记录的焊接时间t焊与量得的焊道长度所算也的平均接速度。
平板正对接焊接变形分析研究
平板正对接焊接变形分析研究摘要：在实际生产中，焊接变形造成焊件和结构焊接后在形状和尺寸的改变，也会给结构的组装及焊接造成困难，焊接变形较大时，可能产生裂纹和降低焊后机械加工的精度.。
所以防止焊接变形是焊接生产的一个非常重要的方面.。
实践证明，构件焊接后总会不可避免地产生焊接变形.。
本论文通过对平板（10mm）平对接变形控制的讨论，了解以及掌握一定的防止焊接变形的方法.。
关键词：平板对接；焊接变形引言在焊接过程中有多种因素共同影响着变形的变化，如焊接方法、接头形式、坡口形式、坡口角度、焊件的装配间隙、对口质量、焊接速度、焊件的自重都会对焊接变形造成影响，特别是装配和焊接顺序对焊接变形有较大的影响.。
1 平板对接焊接变形焊接变形在焊接结构中的分布是很复杂的.。
按焊接变形对整个焊接结构的影响程度可将焊接变形分为局部变形和整体变形；按变形的外观形态分为五种基本变形形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形.。
10mm对接在焊接过程中容易产生的焊接变形主要是收缩变形和角变形.。
（1）收缩变形.。
焊件尺寸比焊前缩短的现象称为收缩变形.。
它分为纵向收缩变形和横向收缩变形.。
1)纵向收缩变形，纵向收缩变形即沿焊缝轴线方向尺寸的缩短.。
产生原因：加热时，如果板条的高温区与低温区是可分离的，高温区将伸长，低温区不变，但实际板条时一个整体，所以板条将整体伸长，此时高温区内产生较大的压缩塑性变形和压缩弹性变形，冷却时，由于压缩塑性变形不可恢复，所以，如果高温区与低温区是可分离的，高温区应缩短，低温区应恢复原长，但实际上板条是一个整体，所以板条将整体缩短，要比焊接前缩短，这就是板条的残余变形.。
也就是焊缝及其附近区域在焊缝高温的作用下产生纵向的压缩塑性变形，焊后这个区域要收缩，便引起了焊件的纵向收缩变.。
影响纵向收缩变形量的因素：变形量取决于焊缝长度、焊件的截面积、材料的弹性模量、压缩塑性变形区的面积以及压缩塑性变形率等.。
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平板焊接变形的测量与分析
一、实验目的
1 ．掌握平板收缩变形、挠曲变形及角变形的基本方法。
2 ．熟悉平板堆焊收缩变形、挠曲变形及角变形的产生原因和分布规律。
3 ．了解不同厚度、不同线能量对收缩变形、挠曲变形及角变形大小的影响。
二、焊接设备、实验条件及测量工具和仪器
(一）焊接方法及设备
焊接方法：手工电弧焊。
焊接设备：交流弧焊机及其辅助设施。
（二）实验条件
1 ．试件尺寸：2mm × 150mm ×300mm
6mm × 150mm × 300mm
2 ·试件材料：Q235A
3 ．焊接规范
见下表
板厚焊接电流
2mm 90A 110A
6mm 170A 190A
4 ．测点分布如下图1 2 所示
图1 2mm 板测点分布
图2 6mm 板测点分布
6mm 板：横向收缩、角变形以及挠曲变形均测。
2mm 板：只测角变形及挠曲变形。
（三）测量工具与仪器
测量仪器包括：1 ，引伸仪； 2 ．游标卡尺； 3 ．钢板尺。
三、测量方法
1、横向收缩变形的测量
横向收缩变形采用引伸仪来测量。
引伸仪结构见图 3 。
图3 引伸仪结构示意图
其中：1 ．百分表；2 ．铰链；3 ．活动支腿；4 ．固定支腿；5 ．弹簧。
对应图2 中 A 、B 、C 、F 、G 、H 六条横线，把引伸仪的活动支腿 3 放在竖线L 上的洋冲孔内，拉动引伸仪，是活动支腿 4 放在竖线P 上对应的孔内，从百分表中读出焊前孔间距的原始数值BO ，焊后测出间距数值Bl 。
分别填入附表内，其差值即为焊接所引起的横向收缩变形值。
赶泣塑哩鳗互曳丝下表面差值的平均值即为该位置的横向收缩变形值。
2 、挠曲变形的测量
挠曲变形的测量采用带支腿的钢板尺和游标卡尺来测量。
图4 挠曲变形测量示意图
如图4 所示，1 为带支腿的钢板尺，2 为试件。
使用游标卡尺分别测出焊前、焊后的高度h ，分别记为hl 、h2 填入附表内，其差值即为焊接所引起的挠曲变形。
对Zmm 板需测量图 1 中J 、K 、L 、M 、N 、P 、Q 、R 八条竖线上的挠曲变形。
对6mm 板需测量图 2 中J 、L 、M 、N 、P 、
R 六条竖线上的挠曲变形。
3 、角变形的测量与计算
角变形的测量同样采用带支腿的钢板尺和游标卡尺来测量，但需进行计算。
图5 角变形的测量示意图
如图5 所示，可以分别计算出。
l 、。
2 。
在hl 、LI 和h3 、LZ 为定值时，只要测出hZ 、h4 的值，就可以计算出Ql 、QZ ，也即可算出角度来。
由于所用试件焊前不是绝对平整，焊前焊后均应测量，其差值即为焊接所引起的角变形。
对Zmm 板要测量图 1 中 A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 、H 八条线上的角变形。
对6mm 板要测量图2 中 A 、B 、C 、F 、G 、H 六条线上的角变形。
四、实验步骤及内容
1 ．了解测量收缩变形、挠曲变形及角变形的工具和方法。
2 ．对试件初始状态所有数据进行测量。
3．对2mm 、6mm 板按表1 中的两种规范各焊一块。
4 ．测量试件焊后的所有数据。
5 ．对测量结果进行分析。
五、实验报告要求
1 ．按附表内容把测量数据或计算结果填入表内。
2 ．绘制出横向收缩变形沿板纵向的分布曲线，比较不同线能量时，横向收缩变形有何不同并分析其原因。
3 ．绘制出挠曲变形沿板横向的分布曲线，分析其原因，影响因素，并提出控制挠曲变形的技术措施。
4 ．绘制出角形沿板纵向的分布曲线，比较不同线能量时，角变形有何不同并分析其原因。
5 ．分析2mm 、
6 mm板角变形的特点，比较二者有何不同并分析其原因。
实验二焊接变形的矫正
一、实验目的
1 ．了解和掌握焊接变形矫正方法的原理、特点和应用范围。
2 ．熟悉和掌握手工锤击、机械碾压的具体操作技术和矫形工艺。
二、矫形方法简介
1 ．手工锤击法
手工锤击是采用手锤，锤击焊缝及其附近金属，使其产生一定的延展，以抵消焊接所产生的压缩塑性变形，从而达到矫形的目的。
这种方法无需大型设备，工具简单、操作灵活，广泛应用于薄板结构焊接变形的矫正。
但这种方法有劳动强度大、工作效率低、环境噪音大、工件表面质量差等缺点。
2 ．机械碾压法
机械碾压法是利用圆盘形碾压轮来碾压焊缝及其附近金属，使其延展来抵消焊接所引起的收缩，达到矫形目的。
应用这种矫形方法可以大大减轻劳动强度，具有环境无噪音，工件表面质量好，矫形精度高等优点。
但这种方法需有专用设备，只能用于具有规则焊缝的焊接结构矫形。
三、实验设备、仪器和工具
1 · NJ 一10 型碾压矫形机。
2 ．钢板尺、游标卡尺。
3 ．手锤。
四、实验用试件
实验一所用的两块2mm 钢板。
五、实验内容及步骤
1 ．用手工锤击的方法将2mm 厚钢板的挠曲变形矫正到小于1 . 5mm "
2 ．用手工锤击的方法将2mm 厚钢板的角变形矫正到小于2 ”。
3 ．用机械碾压的方法将2mm 厚钢板的挠曲变形矫正到小于0 . 5mmo
六、实验报告要求
1 ．简述手工锤击、机械碾压法矫正焊接变形的工作原理，优缺点及适用范围。
2 ．分析碾压矫形后，接头区的残余应力分布会有何变化？对焊接结构的承载能力有何影响？。