横向收缩变形与线能量和板厚的关系
横向收缩在焊缝长度方向上的分布
㈡对接接头
留有间隙的平板对 接焊的横向变形
不留间隙的平板对 接焊的横向变形
对接接头的横向收缩量
• 对接接头的横向收缩量随焊缝金属量的增加而 增大； • 热输入、板厚和坡口角度增大，横向收缩量也 增加，但是板厚的增大会使接头的刚度增大， 可以限制焊缝的横向收缩，使横向收缩量减少。 • 多层焊时，先焊的焊道引起的横向收缩较明显， 后焊焊道引起的横向收缩量逐层减小。 • 焊接方法对横向收缩量也有影响：如相同尺寸 的构件，采用埋弧自动焊比采用焊条电弧焊时 横向收缩量小；气焊的横向收缩量比电弧焊的 大。
开坡口的好处: 减小变形 节省人力物力
减小焊接变形措施:坡口选取
设计措施之二 2.减少不必要的焊缝
设计措施之三 3.合理安排焊缝位置 焊缝尽量对称于中性轴或靠近中性轴
㈡工艺措施
1.反变形法
2.刚性固定法
3.合理选择焊接方法和焊接规范
4.选择合理的装配焊接次序
方案一
焊接次序3 1 2 挠度f1 f 2 f 3
• 纵向收缩变形量一般随长度的增加而增加； • 焊件的截面积越大，焊件的纵向收缩量越小； • 纵向收缩变形量还取决于材料的弹性模量、压缩塑 性变形区的面积和压缩塑性变形量等。 影响压缩塑性变形量的因素？
• 压缩塑性变形量与纵向收缩变形量成正比； • 其大小与焊接方法、焊接参数、焊接顺序以及母材的 热物理性质有关， • 其中以热输入影响最大。 • 一般情况下，压缩塑性变形量与热输入成正比。
方案二
焊接次序1 2 3 挠度f1 f 2 f 3'
方案三*
焊接次序2 1 3 挠度f1 f 2 f 3 f1 f 3
九、矫正焊接变形的方法
㈠机械矫正法
㈡火焰加热矫正法
焊接角变形的利用－火焰成型(水火弯板)
线能量对焊接纵向变形的影响:多层焊与单层焊
多层焊时每层焊 缝所产生的压缩 塑性变形区面积 比单层焊时小。 但多层焊所引起的 总变形量并不等于 各层焊缝之和，因 为各层所产生的塑 性变形区面积是相 互重叠的。
原始温度对焊件纵向收缩的影响
• 一般来说，焊件的原始温度提高，相当于热输 入增大，焊后纵向收缩量增大。 • 但是，当原始温度高到某一程度，可能会出现 相反的情况：因为随着原始温度的提高，焊件 上的温差减小，温度趋于均匀化，压缩塑性变 形率下降，可使压缩塑性变形量减小，从而使 纵向收缩量减小。
㈡对接接头的角变形
对接焊层数与角变形的关系
（2）对接接头的角变形
• 对接接头的角变形主要与坡口形式、坡口角度、焊接 层数、焊接顺序等有关。 • 坡口截面不对称的焊缝，其角变形大，因而用X形坡 口代替V形坡口，有利于减小角变形； • 坡口角度越大，焊缝横向收缩沿板厚分布越不均匀， 角变形越大。 • 同样板厚和坡口形式下，多层焊比单层焊角变形大， 多层多道焊比多层焊角变形大。 • 另外，坡口截面对称，采用不同的焊接顺序，产生的 角变形大小也不相同，X形坡口对接接头，先焊完一 面后翻转再焊另一面，焊第二面时，焊件刚性增加， 焊接时所产生的角变形小于第一面产生的角变形，最 终产生一定的残余角变形。
在热源附近的金属受热膨胀，受周围较冷金属的约束 而承受压应力，在板宽方向上产生压缩塑性变形，并使 其厚度增加，结果表现为横向收缩。 产生横向收缩变形的过程比较复杂，影响因素很多， 如热输入、接头形式、装配间隙、板厚、焊接方法以及 焊件的刚性等，其中以热输入、装配间隙、接头形式等 影响最为明显。
㈠堆焊及角焊缝
焊件材料的线膨胀系数的影响
• 线膨胀系数大的材料，焊后纵向收缩量大， 如不锈钢和铝比碳钢焊件的收缩量大等。
细长构件纵向收缩量的经验公式估算:
单层焊的纵向收缩量
k1 FH L L F 其中k1取值见表2－ 1 ，FH 为焊缝截面积
多层焊的纵向收缩量
k1 FH L L k 2 F 其中k 2 1 85 s n, n为多层焊层数
薄板焊接时，正反面的温差小，且薄板的刚度小，焊接过程 中，在压应力作用下易产生失稳，使角变形方向不定，没有 明显规律性。
（3）T形接头角变形
• T形接头的角变形: • 可以看成是由立板相对于水平板的回转， • 与水平板本身的角变形两部分组成，
• T形接头不开坡口焊接时，其立板相对于水 平板的回转相当于坡口角度为90º 的对接接 头角变形β′，如图2-11 b所示； • 水平板本身的角变形相当于水平板上堆焊 引起的角变形β″，如图2-11 c所示。 • 这两种角变形综合的结果，使T形接头两板 间的角度发生如图2-11 d所示的变化。
两面角焊缝丁字接头 再乘度估算
单道焊缝引起的挠度:
k1 FH e L2 f (cm) 8I k1见表2 - 1, e为焊缝到构件中性轴的 距离
多层焊和双面角焊缝引起的挠度:
k1 FH e L f k2 (cm) 8I
2
三、横向收缩变形及其产生的挠曲变形
对接多层焊防止角变形方法
先在一面少焊几层，然后翻转过来焊满另一面，使其产生的角 变形稍大于先焊的一面，最后再翻转过来焊满第一面，这样就 能以最少的翻转次数来获得最小的角变形。 或：应先焊焊接量少的一面，后焊焊接量多的一面，并且注意 每一层的焊接方向应相反。
图2-10 角变形与焊接顺序的关系
a)对称坡口非对称焊 b)对称坡口对称交替焊 c)对称坡口非对称焊 d)非对称坡口非对称焊
如何减小T形接头角变形
• 为了减小T形接头角变形： • 一方面可以通过开坡口来减小立板与水 平板间的焊缝夹角，减小β′值； • 另一方面还可以通过减小焊脚尺寸来减 少焊缝金属量，降低β″值。
丁字接头的角变形
五、波浪变形
产生原因：受压部位失稳
螺旋形变形
八、预防焊接变形的措施
㈠设计措施 1.合理选择焊缝尺寸和形式
角焊缝的横向收缩
角焊缝的横向收缩要比对接焊缝的横向收缩小得多。 同样的焊缝尺寸，板越厚，横向收缩变形越小。
横向收缩变形的影响因素
• 不管何种接头形式，其横向收缩变形量总是随焊接热输 入增大而增加。 • 装配间隙对横向收缩变形量的影响也比较大，且情况复 杂：一般来说，随着装配间隙的增大，横向收缩也增加。 • 另外，横向收缩量沿焊缝长度方向分布是不均匀的：因 为先焊的焊缝冷却收缩对后焊的焊缝有一定挤压作用， 使后焊的焊缝横向收缩量更大——一般来说，焊缝的横 向收缩沿焊接方向是由小到大，逐渐增大到一定长度后 便趋于稳定;由于这个原因，生产中常将一条焊缝的两 端头间隙取不同值，后半部分比前半部分要大1～3mm。 • 横向收缩的大小还与装配后定位焊和装夹情况有关：定 位焊焊缝越长，装夹的拘束程度越大，横向收缩变形量 就越小。
沿焊缝纵向热变形对横向变形的影响
四、角变形
产生原因：横向收缩在厚度方向上的不均匀分布 （1）平板堆焊的角变形
平板堆焊时，在钢板厚度方向上的温度分布是不均匀的:温度高 的一面受热膨胀较大，另一面膨胀小甚至不膨胀。
由于焊接面膨胀受阻， 出现较大的压缩塑性 变形，这样，冷却时 在钢板厚度方向上产 生收缩不均匀的现象， 焊接一面收缩大，另 一面收缩小，所以产 生角变形。
产生原因：焊缝及 其附近区域在焊接 高温的作用下产生 纵向的压缩塑性变 形，焊件冷却后这 个区域要收缩，于 是引起纵向收缩变 形。
假想力Pf p dF
Fp
纵向收缩量 L Pf L EF L p dF
Fp
F
假想力作用在塑性变形区上
焊件纵向收缩的影响因素
（1）平板堆焊的角变形
（1）平板堆焊的角变形的影响因素
• 角变形的大小与焊接热输入、板厚等因素有关， 当然也与焊件的刚性有关。 • 当热输入一定，板厚越大，厚度方向上的温差越 大，角变形增加； • 但当板厚增大到一定程度，此时构件的刚性增大， 抵抗变形的能力增强，角变形反而减小。 • 板厚一定时，热输入增大，压缩塑性变形量增加， 角变形增加； • 但热输入增大到一定程度，堆焊面与背面的温差 减小，角变形反而减小。
3.4 焊接残余变形
焊接残余变形的分类：分七类
㈠纵向收缩变形 ㈡横向收缩变形
㈢挠曲变形
㈣角变形 ㈤波浪变形：薄板易发生
㈥错边变形：长度方向和厚度方向 ㈦螺旋形变形
焊接变形影响结构尺寸的准确、美观 可能降低结构承载能力（附加弯曲应力）
焊接变形可能降低结构承载能力 举例二
二、纵向收缩变形以及它引起的挠曲变形