防止产生焊接应力与变形的方法

2018-11-24 3514

一、防止和减小焊接应力的方法

防止和减小焊接应力,应从设计和工艺两方面来加以控制和调节,从设计上应力求尽量减小结构的焊缝数量;避免焊缝过于集中;还要采用刚性较小的接头形式。而焊工主要是从工艺上采取如下措施。

1. 采用合理的焊接顺序

在一个焊接结构中,焊接顺序对焊接残余应力的大小有很大影响。如对接焊缝与角焊缝交叉的结构,应先焊对接焊缝,使其能自由收缩,再焊角焊缝。如对大面积平板拼接,正确的顺序是先焊短焊缝,最后焊长焊缝。

2.降低焊缝的拘束度

在平板上镶板的封闭焊接时拘束度较大,为减小焊接应力,应设法减小拘束度。将平板孔的边缘做适当的翻边,焊接时焊缝的收缩能将翻边拉平,而减小应力。或将镶块压凹,预留收缩余量。这两种方法杜能有效地减小焊接应力。

3.加热减应区法

焊接时加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位(称“减应区”)。加热减应区的关键是找准“减应区”,否则就适得其反。加热减应区法一个最大的特点是不在焊缝附近加热,而是要找一个能消除焊缝应力的位置加热。这个位置找的是否正确,在加热的时候便可验证:焊前加热时裂纹处的缝隙增大,则位置选择正确;否则便不正确。这种方法在焊补铸铁时应用最多。

4.锤击

锤击是在焊后焊缝未冷却之前,用小锤敲击焊缝,使韩粉横向延展,以抵消横向收缩。锤击的温度以800~500℃为宜,低于500℃不可再继续锤击。此方法适用于强度高、塑形差的材料。

5.热处理

热处理几乎能全部消除焊缝的内应力。其方法有整体热处理和局部热处理。根据焊件的材质不同,工作条件不同,则热处理目的不同,焊后热处理一般有退火、正火和高温回火等处理方法,对于高强度材料多用高温回火。如下表列出常用金属材料消除应力的回火的温度,供热处理时参考。

 

材料

碳钢及低中合金钢

奥氏体钢

铝合金

镁合金

钛合金

铌合金

铸铁

回火温度/℃

580~680

850~1050

250~300

250~300

550~600

1100~1200

600~650

 

焊后热处理必须焊后立即进行,尤其是高强材料,档焊件冷却下来就可能产生焊接裂纹,若不及时处理便会产生裂纹。气焊件都是小件,如果需要进行热处理,均可进行整体热处理。为了保证加热时不产生应力,热处理加热速度应控制在200℃/h,保温时间视工件厚度而定,一般按每lin(25.4mm)厚度1h计算,然后在空气中冷却,对于退火较难的高合金钢也可以随炉冷却。

 

二、防止和减小焊接变形的方法

减小焊接变形应首先从设计上着手,即在设计焊接结构时,尽量选择小的焊缝尺寸和坡口形式;尽量减少焊缝的数量;合理安排焊缝位置;有利于减小焊接变形。在工艺上还应采取如下措施。

1.采用合理的装焊顺序

如两条长直对称焊缝,无论先焊哪一条都会产生弯曲变形,最好是两焊缝同时焊接,如果做不到,可以分段焊接。此例为一个最简单的构件,其实对于一些复杂结构,采用合理的装焊顺序对于减小焊接变形作用是很大的。比如桥式起重机的箱形梁腹板与上盖板的焊接,由于两条焊缝位于上盖板的两边缘上,最好是两条焊缝同时焊接。否则一定向先焊的焊缝方向弯曲。如果条件不允许,只能分段焊接。这样不仅能够减小焊接应力,还能有效地减小焊接变形。

2.刚性固定法

将焊件夹紧,使其处于不能自由变形状态下焊接,可以有效地减小焊接变形。T形梁的刚性固定法焊接的方案。T形梁焊接过程中会发生两种变形:一是因角焊缝的横向收缩引起的角变形;二是因焊缝的纵向收缩引起的弯曲变形。要克服这两种变形可以将平板(翼板)刚性固定起来。

3.反变形法

焊前使工件有一个与焊后变形相反方向、大小相当的变形,以使能敲好抵消焊接时能产生的变形。平板以对接时防止角变形的反变形方法,其反变形的角度大小要合适;电渣焊对接立焊的反变形法;克服工字梁翼板角变形的反变形法;球罐出口件封闭焊缝防止塌陷的反变形法;桥式起重机箱形梁为防止因焊缝纵向收缩引起弯曲变形而预制上拱度的反变形法。

反变形法的应用,应根据不同的情况而确定如何进行反变形处理,一般来说,焊缝的横向收缩能引起角变形,较多的并排在一起的焊缝的横向收缩,能引起较明显的横向缩短,位于边缘的长焊缝的纵向收缩能引起显著的弯曲变形,焊接操作时,应根据不同的结构和可能产生变形的情况,进行反变形处理。