1. 防止和减少焊接变形有哪些方法?
防止和减少焊接变形的方法有:
(1)选择合理的装配和焊接顺序;
(2)反变形法;
(3)刚性固定法;
(4)散热法;
(5)锤击焊缝法;
(6)合理地选择焊接方法和焊接规范。
2. 何谓反变形法?
预先把焊件作出能基本上抵消(补偿)焊后弯曲变形的反变形来达到防止焊后变形的目的。反变形量与工件的结构形式、几何尺寸、焊接工艺顺序等多种因素有关,往往要通过实践来摸索,它适用于简单的结构形式。
3. 何谓刚性固定法?
刚性大的焊件焊后变形一般较小,如果在焊前加强焊件的刚性,那么焊后的变形就可以减小,这就是刚性固定法。
4. 焊件的刚性固定对减小变形有什么好处?适用在什么场合?
刚性固定法对减小变形很有效,且焊接时不必过分考虑焊接顺序。缺点是有些大件不易固定,且焊后撤除固定后,焊件还有少许变形和较大的残余应力。这种方法适用于焊接厚度小于6mm及韧性较好的薄壁材料。如果与反变形法配合使用效果更好。这种方法会增加焊接应力,故对淬硬倾向大的材料不适用。
5. 如果工件较大又容易变形是否可采用刚性固定法?
当工件较大,数量又不多时,可在容易发生变形的部位临时焊上一些支撑或拉杆,增加工件的刚性,也能有效地减少焊接变形。
6. 何谓散热法?
散热法(也叫强迫冷却法)就是采取措施把焊接处的热量迅速散走,使焊缝附近的金属受热面大大减小,从而降低焊缝区与基本金属间的温差,达到减少焊件变形的目的。
7. 何谓锤击法?
锤击法就是利用手锤和风铲对焊缝进行敲击,达到减少焊接应力和变形的目的。锤击时必须均匀,锤击最好在热态下进行。因为这时金属具有较高的塑性,但要注意不能在金属蓝脆温度下锤击。一般第一层不锤击,其余各层均可以进行锤击。由于焊后焊缝冷却时要发生缩短,所以,在焊缝上适当地锤击能使其伸长,适当补偿这个缩短,可减少变形和应力。
8. 什么是焊接顺序?什么是正确的焊接顺序?
所谓焊接顺序,就是在焊接结构上,先焊哪一部分,后焊哪一部分,或者是哪条焊缝先焊,哪条焊缝后焊,即各条焊缝的焊接先后顺序。
所谓正确的焊接顺序,就是使焊件受热均匀分布。由于焊件受热均匀,冷却也就均匀,这样就减少了变形和应力。
9. 为了减少结构变形,选择焊接顺序时应考虑哪些原则?常见的焊接顺序有几种?
焊接顺序是影响焊接结构变形的主要因素之一,安排焊接顺序时应注意下列原则:
(1)尽量采用对称焊接。对于具有对称焊缝的工件,最好由两个焊工对称进行焊接。这样可以使由各焊缝所引起的变形相互抵消一部分。
(2)对某些焊缝布置不对称的结构,应先焊焊缝少的一侧。
(3)依据不同焊接顺序的特点,以焊接顺序控制焊接变形量。
常见的焊接顺序有五种,即分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法和分中对称焊法。
10. 在制造焊接结构产品时应怎样正确掌握焊接顺序?
要保证焊件变形小、内应力低,必须采取合理的焊接顺序和方向。所谓合理的焊接顺序,主要是应该尽量使焊缝能比较自由的收缩,特别是那些收缩量比较大、残余应力比较大的焊缝。
选用焊接顺序的原则有:
(1)先焊收缩量较大的焊缝,使焊缝能较自由地收缩。应先焊对缝后焊角缝。
(2)先焊错开的短焊缝,后焊直线长焊缝。
(3)先焊立焊焊缝,后焊平焊焊缝。
(4)平行焊缝尽量同时同方向焊。
(5)先焊在工作时受力较大的焊缝,使内应力合理分布。
11. 焊接顺序选择不当对焊接质量有何影响?
焊接顺序选择不当对焊接质量的影响有:
(1)装配焊接顺序选择不当,往往造成某些位置的焊缝焊接困难,甚至完全无法焊接。严重降低焊接结构的强度或气密性。
(2)焊接顺序直接影响焊件的应力和变形,选择不当会造成焊件产生过大的变形或内应力,不仅降低了焊件质量,严重时会导致焊件报废。
(3)不锈钢焊接结构如果焊接顺序选择不当,会使接触腐蚀介质的工作焊缝在焊后由于受到后焊焊缝的热作用而产生晶间腐蚀,使焊件的耐腐蚀性降低。
12. 对一般工字梁,先装配成整体再按顺序焊接对变形有利吗?
一个焊接结构的整体刚性是随着装配焊接过程而形成的。也就是说,结构的整体刚性总是比它本身的零件或部件的刚性大。如果仅从增加刚性去减小焊接变形的角度来看,对于结构截面对称、焊缝布置也对称的简单焊接结构,采用先装配成整体,然后再焊接的顺序进行生产,对减小弯曲变形是有利的。
例如,工字梁的装配焊接过程如下图所示。若按下图(b)所示的边装边焊的顺序进行生产,则焊后要产生较大的上拱弯曲变形。若采用图(c)所示整装后焊接的顺序,焊后工字梁的弯曲变形就可减小。
工字梁的装配顺序与焊接顺序
(a)工字梁的结构形式;(b)边装边焊顺序;(c)整装后焊顺序
1—下盖板;2—腹板;3—上盖板
14. 设计时减少焊接应力的措施有哪些?
设计时减少焊接应力措施有:
(1)尽量减少焊缝的数量和缩短焊缝的尺寸。
(2)避免焊缝过分集中。
(3)采用刚性较小的接头形式。
(4)避免应力集中。
15. 为减少焊接应力应如何选择合理的焊接顺序?
应按下列原则选择焊接顺序:
(1)平面上的焊缝焊接时,要保证焊缝的纵向及横向(特别是横向)收缩能够比较自由,而不是受到较大的约束。
(2)收缩量最大的焊缝应当先焊。因为先焊的焊缝收缩时受阻较小,故应力较小。
(3)在对接平面上带有交叉焊缝的接头时,必须采用保证交叉点部位不易产生缺陷的焊接顺序。
16. 防止工字梁焊后扭曲有哪些方法?
工字梁扭曲变形在焊后较难矫正,防止扭曲变形要从以下两方面着手:
(1)保证装配质量。采用手工焊时,腹板和上下盖板的相对位置要垂直,上下盖板要水平,腹板和盖板之间要无间隙或间隙沿整个梁的长度很均匀。焊接前要把工字梁垫平。
(2)要避免如下图所示的各条焊缝的焊接方向相互错开的焊接顺序。工字梁焊接后长度的缩短,可通过备料使上下盖板和腹板留出适当收缩余量来解决。上下盖板的角变形可以利用夹具夹紧或反变形解决。上拱和旁弯的变形利用焊接顺序去解决。
工字梁焊接过程
中不合理的焊接方法
17. 什么叫分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法和分中对称焊法,其应用范围如何?
在可能的情况下,将连续焊缝改成断续焊缝可减少焊缝和工件由于受热而产生的塑性变形。或者采用不同的焊接方向和顺序,可使局部焊缝变形适当减小或相互抵消,从而达到减小总体变形的目的。
当焊缝在1m以上时,可采用分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法;对中等长度(0.5~1m)的焊缝,可采用分中对称焊法。以上方法如下图所示。
采用不同焊接顺序的对接焊缝
(a)分段退焊法书;(b)分中段退焊法;(c)跳焊法
(d)交替焊法;(e)分中对称焊法
(1)分段退焊法。这种方法适用于各种空间位置的焊接,立焊除外。钢材较厚,焊缝较长时都可以设挡弧板,多人同时焊接。其优点是可以减小热影响区,避免变形。每段长应为0.5~1m。
(2)分中分段退焊法。这种方法适用于中板或较薄的钢板的焊接。它的优点是中间散热快,缩小焊缝两端的温度差。焊缝热影响区的温度不致急剧增高,减少或避免了热膨胀变形。这种方法特别适用于平焊和仰焊,横焊一般不采用,立焊根本不能用。
(3)跳焊法。这种方法除立焊外,平焊、横焊、仰焊三种方法都适用。多用在6~12mm厚钢板的长焊缝和铸铁、不锈钢、铜的焊接上,可以分散焊缝热量,避免或减小变形。钢材每段焊缝长度应在200~400mm之间;铸铁焊件按铸铁焊接规范处理;不锈钢和铜由于导热快,每段长度不宜超过200mm(板薄应短些)。
(4)交替焊法。这种焊法和跳焊法基本相同,只是每段焊接距离拉长,特别适用于薄板和长焊缝。
(5)分中对称法。这种方法适用于焊缝较短的焊件。为了减小变形,由中心向两端一次焊完。
18. 什么情况下要求消除残余应力?
对下列一些结构,一般要求消除残余应力:
(1)有可能产生应力腐蚀破坏的结构。
(2)要求高精度机械加工的结构。
(3)屈服极限大于500MPa的普低钢、空淬倾向大的合金钢、厚度大的焊件等。
(4)要求承受低温或动载的结构。
19. 焊后减少焊接残余应力的方法有哪些?
焊后减少焊接残余应力的方法有:
(1)整体高温回火。
(2)局部高温回火。
(3)机械拉伸法。
(4)温差拉伸法。
(5)振动法。
20. 如何利用高温回火消除焊接残余应力?
利用高温回火消除焊接残余应力可采用整体高温回火或局部高温回火。
整体高温回火。将焊件整体进行回火处理,内应力消除效率随时间延长而迅速降低。因此回火保温时间不必过长,钢可按每厚1mm,保温1~2min,至少30min计算。整体回火一般在炉内进行,用于焊接三通、锅炉汽包、化工容器等。若结构太大(如大型球罐、厚壁压力容器等),无法在炉内进行回火时,则可采用电阻加热器、红外线加热器等来进行回火。
局部高温回火。只对焊缝及其附近的局部区域进行回火,内应力消除效果不如整体高温回火。局部高温回火一般用于圆筒、长板和管子的对接焊缝。
21. 如何利用拉伸法消除焊接残余应力?
利用拉伸力,在焊接塑性变形区产生拉伸变形来抵消焊接时引起的压缩塑性变形量,使内应力降低,称拉伸法。若用外力来获得拉伸力称机械拉伸法(又称过载法);若用内力来获得拉伸力称温差拉伸法(又称低温消除应力法)。
机械拉伸法一般用于压力容器,如大于工作压力的水压试验,即可起到去应力的作用。
温差拉伸法一般用于比较规则的板壳结构,具体操作如下(见下图)。焊缝两侧用一对宽100~150mm,中心距为120~270mm的氧—乙炔火焰喷嘴加热至200℃左右。在火焰喷嘴后面一定距离,喷水冷却,造成焊缝区温度低,两侧温度高。冷却时,便在焊缝区产生拉应力,使焊缝产生拉伸变形。达到部分消除焊缝内应力的目的。
温差拉伸法
22. 何谓加热减应区法?选择加热减应区有何原则?
在焊前和焊接过程中,利用气体火焰加热焊件的选定位置,在焊缝冷却过程中能使焊缝金属比较自由的收缩,有利于减少焊接热应力和防止裂纹,这种方法就叫加热减应区法。该部位称为加热减应区,此法在焊接焊件时被广泛利用。
加热减应区的选择有以下原则:
(1)加热减应区要选择阻碍焊缝金属收缩的部位。
(2)加热减应区要选择与其他部位联系不多,而且有较高强度的部位。
(3)加热减应区的变形对其他部位影响不大。
(4)加热减应区根据需要可选择多处。
23. 焊接残余变形和残余应力有何危害?
焊接残余变形使焊接零部件的尺寸改变,可能使之无法组装,甚至使整个构件丧失稳定而不能承载。矫正时需要大量的人力、物力,有时还可能导致产品报废。焊接残余应力则往往是焊接结构中产生各种裂纹,导致结构早期失效的因素之一。
24. 矫正焊接残余变形的方法有哪些?
矫正焊接残余变形的方法有:
(1)机械矫正法。施加机械力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形,以与原来的焊接变形相抵消。
(2)火焰矫正法。利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形,使较长的金属在冷却后缩短来消除变形。
25. 怎样用机械法矫正弯曲变形和波浪变形?
平板弯曲变形是凹的部位金属缩短所造成,如下图(a)所示。进行锤击或辗压,使缩短了的金属拉长,即可矫正。
工字梁上拱弯曲变形,用压头如图(b)所示加压,使凹的部位金属伸长,即可矫平。
薄板波浪变形是焊缝纵向缩短所造成,如图(c)所示。沿焊缝进行锤击或辗压,使缩短了的金属拉长,即可矫正。
焊后变形的机械矫正
(a)平板弯曲变形;(b)工字梁上拱变形;(c)薄板波浪变形