焊接变形的分析与控制
H型钢焊接变形的控制与矫正
H型钢焊接变形的控制与矫正
H型钢焊接变形是指在焊接过程中由于热膨胀和冷却沉淀等原因引起的构件形状发生改变的现象。
H型钢焊接变形的控制主要包括预防措施和焊接技术措施两个方面。
首先是预防措施。
在焊接前，需要对H型钢进行预热处理，这可以减少焊接时的温度梯度以及热应力。
在焊接前应对H型钢进行合理的布局和紧固，以减少焊接时的变形。
在焊接时可以选择焊接变形较小的焊缝形式，如间隙焊缝、套接焊缝等。
需要选择合适的焊接方法和参数，如焊接电流、焊接速度等，以控制焊接时的变形。
其次是焊接技术措施。
焊接过程中，可以用焊缝焊接、预应力焊接、弹性变形等方法进行控制和矫正。
焊缝焊接是较常用的方法，可以通过设置不同的焊接顺序和焊接参数来改变热应力分布，从而达到控制和矫正焊接变形的效果。
预应力焊接是在焊接前施加预拉应力，这样可以抵消焊接后的冷缩应力，从而减小焊接变形。
弹性变形是指在焊接过程中制造刚性支撑，通过弹性变形来抵消焊接变形。
这些方法需要根据具体情况选择合适的方法，并进行实际操作。
通过合理的预防措施和焊接技术措施，可以有效地控制和矫正H型钢焊接变形。
这不仅可以保证焊接后构件的几何形状和尺寸符合设计要求，还可以提升焊接质量和工作效率。
控制焊接变形的设计措施
控制焊接变形的设计措施在焊接行业中，焊接变形一直是一个非常头痛的问题。
焊接过程中由于高温和热应力的作用，焊件会发生变形，这会影响焊接质量和工件的性能。
为了控制焊接变形，需要采取一些设计措施，下面介绍几种常见的方法。
1.合理选择焊接方法不同的焊接方法对焊接变形的影响不同，因此在选择焊接方法时需要考虑变形因素。
例如，TIG焊接和激光焊接都是低热输入的焊接方法，可以减少焊接变形。
而电弧焊接和气焊则会产生较大的热影响区，容易引起焊接变形。
因此，在选择焊接方法时应根据具体情况进行合理选择。
2.控制焊接热输入焊接热输入是焊接变形的主要原因之一，因此需要控制焊接热输入。
可以通过降低焊接电流和增加焊接速度来减少焊接热输入。
此外，选择合适的焊接电极和焊接材料也可以降低焊接热输入。
3.使用预热和后热处理预热可以降低焊接材料的冷却速度，减少焊接变形。
后热处理可以消除焊接残余应力，进一步减少变形。
因此，在一些对焊接变形要求较高的工件上，可以采用预热和后热处理的方法。
4.采用多道焊接多道焊接可以减少每次焊接的热输入量，从而减少焊接变形。
在多道焊接中，可以采用交叉焊接的方式，即先焊接一侧，然后焊接另一侧，以此类推，从而减少残余应力的积累。
5.使用夹具和支撑物在焊接过程中，夹具和支撑物可以起到固定工件的作用，减少焊接变形。
夹具和支撑物的设计应考虑到焊接变形的方向和程度，以便实现更好的固定效果。
控制焊接变形需要综合考虑多种因素。
以上几种设计措施可以帮助我们减少焊接变形，提高焊接质量和工件的性能。
在实际应用中，需要根据具体情况进行合理选择和调整，以达到最佳的效果。
焊接变形的影响因素和控制
焊接变形的影响因素和控制焊接变形是指焊接过程中，由于热应力和冷却被限制而引起的组件形状或尺寸的变化。
焊接变形不仅会影响组件的外观与尺寸精度，还可能导致应力集中、裂纹或变形失真。
因此，在实际焊接过程中，需要采取一系列措施来控制焊接变形。
影响焊接变形的因素主要有以下几点：1.材料的选择：材料的焊接温度和热膨胀系数不同，会导致热应力和冷却应力的不同，从而影响焊接变形。
因此，在选择材料时，应尽量选择具有相似热膨胀系数的材料，以减小焊接变形。
2.焊接方式的选择：不同的焊接方式对焊接变形的影响不同。
通常来说，焊接时应尽量选择低热输入的焊接方式，以减小热应力和冷却应力的产生。
3.焊接顺序的控制：焊接顺序的合理控制对减小焊接变形至关重要。
一般而言，由内而外、由下而上的焊接顺序有利于减小焊接变形。
此外，还可以通过跳焊、局部预热等方法控制焊接变形。
4.夹持和固定：夹持和固定可以有效地限制焊接件的变形。
在焊接过程中，应合理设计夹具，使其能够夹持和固定焊接件，从而减小翘曲和弯曲等变形。
5.控制焊接参数：焊接参数的选择对焊接变形也有重要影响。
例如，焊接电流、焊接速度、焊接温度等参数的调整可以控制焊接时的热应力和冷却应力，从而减小焊接变形。
6.预留余量：在焊接件的设计中，应留有一定的余量，以便在焊接变形时能够进行调整。
通过预留余量，可以降低焊接变形对工件的影响，提高焊接件的尺寸精度。
7.热处理：焊接件在焊接后进行热处理，可以通过回火、退火等方法来消除部分焊接应力，从而减小焊接变形。
总之，焊接变形是不可避免的，但通过合理的材料选择、焊接方式选择、焊接顺序控制、夹持固定、焊接参数调控、预留余量设计以及热处理等方法，可以有效地控制焊接变形，提高焊接质量和工件精度。
焊接变形的控制措施
焊接变形的控制措施
（1）在焊接过程中，厚板对接焊后的变形主要是角变形。
实践中为控制变形，往往先焊正面的一部分焊道，翻转工件，碳刨清根后焊反面的焊道，再翻转工件，这样如此往复，一般来说，每次翻身焊接三至五道后即可翻身，直至焊满正面的各道焊缝。
同时在施焊时要随时进行观察其角变形情况，注意随时准备翻身焊接，以尽可能的减少焊接变形及焊缝内应力。
另外，设置胎夹具，对构件进行约束来控制变形，此类方法一般适用于异形厚板结构，由于厚板异形结构造型奇特、断面、截面尺寸各异，在自由状态下，尺寸精度难以保证，这就需要根据构件的形状，制作胎模夹具，将构件处于固定的状态下进行装配、定位，焊接，进而来控制焊接变形。
（2）采取合理的焊接顺序。
选择与控制合理的焊接顺序，即是防止焊接应力的有效措施，亦是防止焊接变形的最有效的方法之一。
根据不同的焊接方法，制定不同的焊接顺序，埋弧焊一般采用逆向法、退步法；CO2气体保护焊及手工焊采用对称法、分散均匀法；编制合理的焊接顺序的方针是“分散、对称、均匀、减小拘束度”。
影响焊接变形的原因以及控制措施探讨
在焊接过程中使用夹具和支撑，限制结构的自由度，控制变形方向。
04
实际案例分析
案例一
原因 • 施工环境因素：如温度、湿度等对焊接变形产生影响。
• 焊接工艺因素：如焊接电流、电弧电压等参数影响。
案例一
• 钢结构自身因素：如材料厚度、结构形式等对焊接变形 产生影响。
案例一
控制措施
• 焊接工艺优化：通过合理的焊接参数选择，减少焊 接变形。
焊接变形的影响因素
焊接工艺参数
焊接电流、电弧电压、焊接速度等工艺参 数对焊接变形有重要影响。
材料的物理性能
材料的热膨胀系数、导热性、相变温度等 物理性能对焊接变形也有影响。
焊缝设计和接头形式
焊缝尺寸、坡口角度、接头形式等因素都 会影响焊接变形。
装配和固定方式
装配和固定方式不当也会导致焊接变形。
影响焊接变形的原因以及控 制措施探讨
2023-11-07
目录
• 焊接变形概述 • 焊接变形的原因分析 • 控制焊接变形的措施 • 实际案例分析
01
焊接变形概述
焊接变形的定义
焊接变形是指金属在焊接过程中，由于施焊电弧的高温作用 ，使金属局部受热不均匀，冷却后发生形状和尺寸的变化。
焊接变形包括收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波 浪变形等多种形式。
焊接变形的分类
根据变形的来源，焊接变形可以分为两类：一类是由于焊接过程中的热变形引起 的，另一类是由于结构本身刚度不足或应力不均衡引起的。
热变形是由于焊接过程中局部高温加热和冷却不均匀，导致金属热胀冷缩不协调 而产生的。
结构本身刚度不足或应力不均衡引起的变形是由于结构在焊接过程中受到不均匀 加热和冷却的影响，以及结构本身刚度不足等因素导致的。
焊接变形原因分析及其防止措施
焊接变形原因分析及其防止措施摘要：本文重点对常见焊接变形的原因进行分析，并根据原因分别从设计和工艺两个方面论述防止变形的措施。
关键词：焊接变形原因分析防止措施随着新材料、新结构和新焊接工艺的不断发展，有越来越多的焊接应力变形和强度问题需要研究。
焊接变形在焊接结构生产中经常出现，如果构件上出现了变形，不但影响结构尺寸的准确性和外观美观，而且有可能降低结构的承载能力，引起事故。
同时校正焊接变形需要花费许多工时，有的变形很大，甚至无法校正，造成废品，给企业带来损失。
因此掌握焊接变形的规律和控制焊接变形具有十分重要的现实意义。
一、焊接变形种类生产中常见的焊接变形主要有纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、波浪变形、错边变形、螺旋变形。
这几种变形在焊接结构中往往并不是单独出现，而是同时出现，相互影响。
在这里重点对生产中经常出现的纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、错边变形进行分析。
二、焊接变形原因分析1.纵向收缩变形。
焊接时，焊缝及其附近的金属由于在高温下自由变形受到阻碍，产生的压缩性变形，在平行于焊缝的变形称之为纵向收缩性变形。
焊缝纵向收缩变形量可近似的用塑性变形区面积S来衡量，变形区面积S于焊接线能量有直接关系，焊接线能量越小，S越小，反之S越大。
同样截面的焊缝可以一次焊成，也可以分几层焊成，多层焊每次所用的线能量比单层焊时小得多，因此每层焊缝产生的塑性变形区的面积S比单层焊时小，但多层焊所引起的总变形量并不等于各层焊缝的总和。
因为各层所产生的塑性变形区面积和是相互重叠的。
从上述分析可以看出多层焊所引起的纵向收缩比单层焊小，所以分的层数越多，每层所用的线能量就越小，变形也越小。
2.横向收缩变形。
横向收缩变形是指垂直于焊缝方向的变形，焊缝不但发生纵向收缩变形，同时也发生横向收缩变形，其变形产生的过程比较复杂，下面分几种焊缝情况来分析。
2.1堆焊和角焊缝。
首先研究在平板全长上对焊一条焊缝的情况。
当板很窄，可以把焊缝当作沿全长同时加热，采用分析纵向收缩的方法加以处理。
焊接变形的原因及控制方法
焊接变形的原因及控制方法焊接变形是指焊接过程中产生的结构形状、尺寸和应力的改变。
变形对于焊接结构的质量和使用寿命都具有重要影响，因此需要采取控制措施来减少焊接变形。
1.熔融区的体积收缩：在焊接中，熔融区的温度升高，熔化的金属液体会发生体积收缩。
当焊接过程中发生多次的局部加热和熔化，熔融区收缩现象将会导致焊接件变形。
2.焊接应力：焊接过程中形成的焊接应力是导致焊缝及周边材料变形的重要原因。
焊接引起的应力主要有热应力和残余应力两种。
3.材料的热物理性质差异：焊接过程中，不同材料的热膨胀系数和热传导系数的差异也会导致焊件变形。
为了控制焊接变形，可以采取以下方法：1.合理设计焊接结构：通过合理设计焊接结构，可以减轻焊接变形产生的程度。
例如，在设计焊接结构时可以采用对称组织，增加长交叉焊缝间的连接来减轻焊接变形。
2.使用焊接工艺参数：调整焊接工艺参数，如焊接速度、焊接电流和电压等，可以减少焊接变形。
例如，在焊接速度控制方面，可以采用逆向焊接、速度波动焊接和脉冲焊接等方法来减少焊接变形。
3.采用预应力：对焊接材料进行预应力处理可以减少焊接变形的产生，常见的方法有热拉伸和压力留置法。
4.使用夹具和支撑物：采用夹具和支撑物对焊接结构进行支撑和固定，可以减少焊接变形的产生。
夹具可以限制材料的收缩和变形，支撑物能够提供必要的支撑力和刚度。
5.控制焊接热输入：通过控制焊接热输入来减少焊接变形。
可以采用分段焊接、小电流多道焊、局部加热等方法来降低焊接区域的温度梯度。
总之，焊接变形是焊接过程中难以避免的问题，但通过合理的设计和控制参数的调整，可以有效减少焊接变形的产生，提高焊接结构的质量和可靠性。
H型钢焊接变形的控制与矫正
H型钢焊接变形的控制与矫正H型钢是一种常见的结构钢材，由于其截面形状复杂，易于变形，因而在焊接过程中容易产生焊接变形。
焊接变形对于结构的力学性能和外观质量都有较大的影响，因此控制和矫正焊接变形是重要的工作。
焊接变形的控制主要从以下几个方面进行：1.焊接参数的控制：合理选择焊接电流、电压、焊接速度等焊接参数，以控制焊接热输入，减少焊接变形的产生。
尤其要注意控制加热输入不过高，避免产生过大的热应力引起变形。
2.焊接顺序的控制：根据焊接工艺要求，合理安排焊接顺序，采用交替焊接、分段焊接等方法，以减少焊接热量集中在局部产生变形。
3.夹具和辅助设备的设计：对于大型、厚板的焊接，可以采用夹具或辅助设备来固定工件，减少变形的产生。
4.预热和后热处理的控制：对于材料容易变形的焊接接头，可以在焊接前进行适当的预热，以减少焊接热应力的产生。
焊接后，可以进行适当的后热处理，消除残余应力，进一步减少变形。
焊接变形的矫正主要通过以下几种方法实现：1.冷作矫正：利用机械力对焊接件进行冷加工，通过对拉伸或压缩变形的过程，使焊接件恢复原来的形状。
这种方法适用于小变形的焊接件。
2.局部加热矫正：对于焊接变形较大的焊接件，可以采用局部加热的方法进行矫正。
通过加热焊接变形处，使其温度升高，然后通过施加力进行矫正，使焊接件回复原来的形状。
3.整体加热矫正：对于较大的焊接件，可以采用整体加热的方法进行矫正。
通过对焊接件整体加热，使其温度升高，然后通过施加力进行矫正，使焊接件回复原来的形状。
控制焊接变形和矫正焊接变形是确保焊接质量的重要步骤。
通过合理选择焊接参数、控制焊接顺序、设计夹具和辅助设备、进行预热和后热处理等措施，可以有效地控制焊接变形的产生。
而通过冷作矫正、局部加热矫正和整体加热矫正等方法，可以对焊接变形进行矫正，保证焊接件的力学性能和外观质量，提高产品的可靠性和安全性。
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构件完工后在其焊缝背部或焊缝两侧进行烘烤。此法过往常用于对“T”形构件焊接角变形的矫正中,不需施加任何外力,构件角变形即可得以校正。由此可见只要控制加热温度与范围,此法对消余应力还是极为有效的。
除以上方法外，用以下方法也可以防止焊接变形：
1． 采取公道的焊接顺序
选择与控制公道的焊接顺序，是防止焊接应力的有效措施，也是防止焊接变形最有效的方法之一。根据不同的焊接方法，制定不同的焊接顺序，埋弧焊一般采用逆向法、退步法;CO2气体保护焊及手工焊采用对称法、分散均匀法；编制公道的焊接顺序的方针是“分散、对称、均匀、减小拘束度”。
3. 采取公道的焊接顺序
在焊接较多组装件的条件下，应根据构件外形和焊缝的布置,采取先焊收缩量较大的焊缝,后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝,后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。
4. 采用补偿加热法
在构件焊接过程中,为了减少焊接热输进流失过快,焊缝在结晶过程中产生裂纹的现象,当板厚达到一定厚度时，焊前应对焊缝周边一定范围内进行加热，即焊前预热，加热温度视板厚及母材碳当量(CE)而定。
焊接应力分析
熔化焊接时，被焊金属在热源作用下发生局部加热和熔化,材料的力学性能也会发生明显的变化,而焊接热过程也直接决定了焊缝和热影响区焊后的显微组织、残余应力与变形大小,所以焊接热过程的正确计算和测定是焊接应力和变形分析的条件。因此在焊接过程的模拟研究中,只考虑温度场对应力场的影响,而忽略应力场对温度场的作用。同时,非线性、瞬时作用以及温度相关性效应等也会妨碍正确描述在各种情况下产生的残余应力,并使同一系统化的工作很难完成。为使其简单化，实际中常用焊接性的概念作为一种分类系统，将焊接分解为热力学、力学和显微结构等过程，从而降低了焊接性各种现象的复杂性。图1所示的工艺基础将焊接性分解为温度场、应力和变形场以及显微组织状态场。这种分解针对焊接残余应力和焊接变形的数值分析处理很有价值。
在焊接过程中,焊接残余应力和焊接变形会严重影响制造过程、焊接结构的使用性能、焊接接头的抗脆断能力、疲惫强度、抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂能力。焊接变形在制造过程中也会危及外形与公差尺寸、接头安装偏差且增加坡口间隙，使制造过程更加困难，当出现题目时还需采取一些费时耗资的附加工序来进行弥补，不仅增加本钱，还可能出现由此工序带来的其他不利因素。因此，要得到高质量的焊接结构必须对这些现象严格控制。
5. 对构件进行分解施工
对于大型结构应采取分部组装焊接,即对结构各部分分别施工、焊接，矫正合格后再总装焊接。
焊接应力的消除
我们在实际生产制作过程中要采取有效措施控制焊接应力,但是对于一些特殊工程或特殊构件，还可以采取以下方法进一步消除构件残余应力。
１. 利用对零件整平消除应力
钢板在切割过程中由于切割边所受热量大、冷却速度快,因此切割边沿存在较大的收缩应力。中、薄板切割后产生扭曲变形，便是这些应力开释的后果。对于厚板，由于其抗弯截面大,不足以产生弯曲,但收缩应力是客观存在的,因此在整平过程中可加大对零件切割边沿的反复碾压,这对产生的收缩应力的消除极为有利。
2. 采取反变形措施
对于钢结构工程中比较常见的箱形构件,将上、下翼缘板按图3所示压制反变形α可通过对焊缝焊接过程中的热输进量的计算来确定。构件焊后由于焊接角变形现象，基本可将翼板回复至平直状态。
焊接应力的控制
控制应力的目标是降低应力的峰值并使其均匀分布。具体措施有以下几种:
１. 减小焊缝尺寸
焊接内应力由局部加热循环而引起,我们要针对不同厚度的板材，尽量采用双面坡口，减小焊缝尺寸。
２. 减小焊接拘束度
拘束度越大,焊接应力就越大，因此应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接。如长构件需要拼接板条时，要尽量在自由状态下施焊,不要待到组装时再焊,应先将其拼接工作完成,再行组装构件。若组装后再焊,则因其无法自由收缩，拘束度过大而产生很大应力。
图1 显微组织度与温度、应力应变场
图2 扩展的显微组织和温度、应力应变场之间的相互关系
从客观规律来看，构件焊接时产生瞬时应力,焊后产生残余应力,并同时产生残余变形。但一般人们在制作过程中重视的是控制变形,往往采取措施来增大被焊构件的刚性,以求减小变形，而忽略与此同时增加的瞬时应力与焊接残余应力，此时构件在拉应力作用下甚至可能出现裂纹。即使未产生裂纹,残余应力在结构受载时内力均匀化的过程中也会导致构件失稳、变形甚至破坏。因此焊接应力的控制与消除在钢结构制作过程中是十分重要的。
在狭义上,焊接性又可理解成所要求的强度性能。影响强度性能的主要因素又包括化学成分、相变显微组织、焊接温度循环、焊后热处理、构件外形、负载条件以及氢含量等。因此可将图1扩展成图2以夸大相变行为的影响。其中,图１和图2中的箭头表示相互影响，实箭头表示强烈的影响,虚箭头表示较弱的影响。显微组织的转变不仅决定于材料的化学成分,也决定于其受热过程（特别是与焊接有关的过程），特别是它在焊接接头的热影响区和熔化区的影响更加引人留意。
焊接变形的分析与控制
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焊接变形的分析与控制
随着我国钢结构产业的高速发展,焊接技术在钢结构工程中得到大量的应用,焊接工件尤其是厚板件的变形现象也成为人们密切关注的焦点。
焊接变形控制
在焊接过程中，厚板对接焊后的变形主要是角变形。在实践中一般采取控制变形的发法，即先焊正面的一部分焊道，翻转工件，碳刨清根后焊反面的焊道，再翻转工件，这样如此往复。一般来说,每次焊接3~5道焊缝后即可翻身,直至焊满正面的各道焊缝。同时在施焊时要随时观察其角变形情况,留意随时预备翻身焊接，以尽可能的减少焊接变形及焊缝内应力。另外，设置胎夹具对构件进行约束也可有效地控制变形，此类方法一般适用于异形厚板结构，由于厚板异形结构造型奇异，断面、截面尺寸各异,在自由状态下,尺寸精度难以保证,这就需要根据构件的外形，制作胎模夹具,将构件处于固定的状态下进行装配、定位、焊接,进而控制焊接变形。