结构件焊接横向与纵向变形量的理论分析

摘 要 结构件的焊接变形是焊接过程中客观存在的，目前，无论采用何种焊接工艺都不能彻底消除焊接变形，只能通过有效的防护措施减小焊接变形。焊接变形不仅严重影响工艺流程在生产过程中的正常运行，而且降低了结构件的承载能力，影响结构件的安装精度及外观。焊接完成后校正残余变形非常繁琐，处理不好容易造成二次变形，这样不但延误生产周期，而且会引起产品质量不稳定等诸多不良影响。因此，根据焊接变形的不同分类，分析、预判、控制结构件的焊接变形十分重要。通过对焊缝横向与纵向变形的理论分析，可以延伸到所有类型的变形，从而对焊接过程中产生的所有类型变形有一定程度的指导作用。

关键词 焊接变形；横向收缩；纵向收缩；预防控制

中图分类号TG44 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）100-0082-02

0引言

焊接变形主要分纵向收缩变形、横向收缩变形、扭曲变形、弯曲变形、波浪变形和角变形六类，但是，所有的变形都是由横向收缩变形和纵向收缩变形叠加而成。因此，研究横向和纵向收缩变形对于控制焊接变形有重要意义。

本文主要是从理论上对横向变形与纵向变形的量进行了分析，结合一些经验值对对变形量进行了估算。对于实践过程中预防焊接变形提供一定的理论依据。

1 焊接变形的原因

在焊接过程中，由于受热不均匀使得焊缝及其周围附近的温度较高（中心点温度可达2500℃，在宽度为8mm～30mm的热影响内其温度从高到底约在1500℃～500℃之间），而远处的金属受热很小或不受热。这样，焊缝区金属的膨胀或收缩受到了远处冷金属的阻碍；因此，冷却后焊缝就产生了（纵向和横向）收缩和内应力，最终由不同方向的收缩变形综合叠加产生了各种变形。

2 纵向收缩变形量的理论分析

细长构件如梁、柱等纵向焊缝所引起的纵向收缩，一方面取决于焊缝及两侧的单位收缩量；另一方面，取决于构件截面积和长度。前者与焊接线能量和焊接工艺有关。在同样焊接参量下，预热会增加单位收缩量，使增大，只有在很高温度的整体预热下才能使减小。

单道焊缝的纵向收缩可由下式粗略估算：

一般在钢材上/约为1/1000（经验值）。

多道焊缝时每道焊缝的塑性变形相互重叠，应该乘以系数。

式中：-材料的屈服应变；

-焊道数。

对于两面各有一条焊脚相同的角焊缝的T形接头构件的纵向收缩，应乘以系数1.3-1.45。

奥氏体钢结构件的变形值比低碳钢构件大，应乘以系数1.44。

对于长度为，中心距为的断续焊缝，其应乘以。

3 横向收缩变形量的计算

单道对接焊缝中的横向收缩变形主要是因高温区金属的热膨胀受到阻碍，产生了横向压缩塑性应变，熔池凝固后，焊缝附近金属因降温而收缩从而造成横向收缩，而焊缝本身的收缩仅占横向收缩纵梁的10%左右。

在钢结构上，单道对接焊缝的横向收缩量值，比纵向收缩量要大的多，可以用下式进行估算：

在角焊缝和堆焊焊缝上，值比在对接焊时效。大厚度板开坡口多道焊时，值逐层递减；V型坡口的值比X行和双U型坡口时都大。坡口角度和间隙越大，值也越大。在同样材料上，气焊时值最大，电弧焊次之，电子束和激光焊时最小。在电弧焊中，焊条电弧焊的值比埋弧焊的大，用气体保护焊时的值相对来说要小。

多层焊时，每层焊缝所产生的横向收缩量以第一层为最大，随后则逐层递减。例如在厚度为180mm的20MnSi钢对接双U型坡口焊接时，第一层焊缝的横向收缩量可达到1mm，而前三层的横向收缩量则达总收缩量的70%。两面交替焊条电弧焊虽可减小角变形，但焊缝横向收缩总量则达4.5mm，且前10层的收缩量是总变形量的90%。可见控制多层焊缝横向收缩的关键在控制最初几层。

T型接头和搭接接头的横向收缩量随K的增大而增大，随t的增加而降低，如图2所示。

4 结论

综上所述，通过对结构件焊接的横向与纵向变形的分析，详细阐述焊接过程中各个变量与变形量之间的关系，并结合实践经验做出变形量的理论计算。参考该理论计算可以选取合适的焊接参数进行焊接，为焊接变形的控制提供更本质的理论依据。

参考文献

[1]焊接手册.第三卷/中国机械工程学会焊接学会编，3版.北京：机械工业出版社，2007，10（1）.

[2]葛玉华，霍立兴，张玉凤.焊接专家系统的应用及发展[J].焊接技术，2000，9（2）：41-42.

[3]中国材料工程大典编委会.中国材料工程大典：第23卷材料焊接工程[M].北京：化学工业出版社，2005.