焊接变形及矫正综合试验指导书

1、 焊接结构实验指导书 Guidance Book Welded Structure 编 者：王*、王* 教 务 处201 年 03月实验二、焊接变形及矫正综合试验一、实验目的1、掌握对接接头纵向收缩、横向收缩和角变形产生的原因及分布规律；2、了解线能量对对接接头纵向收缩、横向收缩和角变形的影响规律；3、掌握测量纵向收缩、横向收缩和角变形的基本方法和工具的使用；4、掌握防止或减小对接接头变形的刚性固定法。二、实验原理1、对接接头纵向收缩变形产生的原理在对接接头施焊时，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受到阻碍，产生了压缩塑性变形，这个区域称之为压缩塑性变形区。该区域内的塑性变形分布如图1所

2、示（方鸿渊主编“焊接结构学”教材P82，图3-56），它的存在使构件相当于受到一个外加压力Ff的作用而缩短和（或）弯曲。假想压力Ff的数值可由式1表示： （1）式中，p为缩短变形量，Ap为变形区的面积。构件在假想外加压力Ff的作用下产生纵向收缩L，其数值可以用式2表示： （2）L取决于构件的长度L0、截面积A和压缩塑性变形。后者与焊接参数、焊接方法、焊接顺序以及材料的热物理参量有关。在诸工艺因素中焊接线能量是主要的。在一般情况下，它与焊接线能量成正比。对于单层焊来说，纵向收缩量可以用式3表示： （3）式中，AH为焊缝截面积，mm2；k1为系数，与焊接方法和材料有关，可以从表1中查得。表1 不同

3、材料经不同方法焊接时的k1系数焊接方法CO2气保焊埋弧焊手工焊材料低碳钢低碳钢奥氏体钢k10.0430.0710.0760.0480.0570.0762、对接接头横向收缩变形产生的原理横向收缩变形是指垂直于焊缝方向的变形，其与纵向收缩同时发生。二者产生的原理也类似。在热源附近的金属受热膨胀，但受到周围温度较低的金属的约束而承受压应力，这样就会在板宽方向上产生压缩塑性变形，并使其厚度增加，最终结果表现为横向收缩。对于板宽为B、厚度为的板条，焊后在无拘束状态下冷却收缩时，单位长度焊缝热输入qw所引起的平均温度升高可表示为： （4）式中，c为受焊金属的比热容（J /g·K），为密度（g/m

4、m3）。由于，则 （5）式中，为受焊金属的热膨胀系数。由式（5）可以看出，横向收缩量B与热输入qw成正比，与板厚成反比。对于单层焊来说，横向收缩量B可以采用式6加以估算。 （6）式中，FH为焊缝截面积（mm2），为板厚（mm）影响B的因素较多，因而也存在多个B的公式，最好采用实验的方法加以测定。3、对接接头角变形产生的原理 在堆焊、对接、搭接和丁字接头的焊接时，往往会产生角变形。在对接接头施焊时，焊缝及其附近的金属由于在高温下的自由变形受到阻碍，会产生压缩塑性变形区。对接接头不开坡口时，上部产生的塑性变形一般都比下部大，冷却后使构件产生角变形。角变形的大小取决于压缩塑性变形区的大小和分布情况，

5、同时也取决于板的刚度。对于同一种厚度的试板，随着线能量的增加，上下部塑性变形量的差值将增加。但是，当线能量达到某一值时，角变形不再增加，如果进一步提高线能量，反而出现角变形减小的现象。这是因为线能量的进一步提高，虽然能够提高塑形变形量，但接头下部的温度亦随之提高，上下部塑性变形量的差值进却可能降低，因而角变形反而减少。三、实验材料与设备仪器1、对接试板采用工业生产Q345D钢板，规格为厚度8mm×宽度150mm×长度300mm，试板不开坡口，数量共10块，由任意两块试板组成一付对接试板，装配时不留间隔。共组焊5付，其中4付在自由状态下采用不同线能量施焊，另1付在刚性固定条件

6、下任选其中一种线能量进行施焊。其编号分别为1、2、3、4、5。2、对接试板分别采用手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧焊进行施焊。1号采用手工电弧焊，手工电弧焊焊接设备型号为ZX7-500焊条电弧焊焊机，焊条牌号为CJ507Q，直径为4mm。4号采用CO2气体保护焊，CO2气体保护焊焊接设备型号为KR500，CO2气体保护焊焊机，焊丝牌号为ER50-6（实心焊丝）。直径为1.2mm。2号和3号采用埋弧焊，埋弧焊焊接设备型号为ZD5(D)-1250自动埋弧焊机，配有自动行走小车。焊丝牌号为H08MnA、直径为4mm。匹配的焊剂牌号为SJ101q，焊前焊剂经200烘烤1小时后使用。3、5号在刚性固定

7、的条件下进行施焊，对接试板的刚性固定，采用手工电弧焊点固法，焊机型号为ZX7-500，焊条牌号为CJ507Q、直径为4mm，焊前经150烘烤1小时后使用。刚性固定后，采用埋弧焊进行焊接，埋弧焊焊接设备型号为ZD5(D)-1250，焊丝牌号为H08MnA、直径为4mm。匹配的焊剂牌号为SJ101q。4、为尽可能准确测量焊接引起的纵向和横向收缩变形，焊前需划线做测量标记，划线采用测量范围1000mm的钢板直尺一付，标记采用“冲眼”工具1付；纵向和横向收缩变形量的测量，采用测量范围为300mm的大号游标卡尺2付。角变形的测量采用角尺2付。四、实验内容、方法与步骤1、选择8块尺寸均为厚度8mm

8、5;宽度150mm×长度300mm的试板，试板不开坡口，由任意两块试板组成一付对接试板，焊前采用手工电弧焊点固装配，焊点分别位于焊接边的两端和中间位置，焊点长度不起过10mm，两焊接边之间不留间隙。2、焊前在试板上按图1所示的位置划线、冲眼，作为焊后测量接头收缩变形量的基准线。图中箭头所指为施焊方向，AB边或CD边、BC边或DA边可分别作为纵、横向收缩变形量测量的基准线。焊前四条边的长度（单位mm）如图中所标注。IADBCL1L2B1B2ADBCL1L2B1B2ADBCL1L2B1B2BADCL1L2B1B2CABDL1L2B1B2图1对接试板收缩变形量测量的基准线图3、分别采用手工

9、电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊对编号为1、2、3、4的4付对接试板进行施焊。为考查不同焊接线能量对接头纵、横向收缩变形和角变形的影响，施焊时采用11.50、13.60、18.89、24.12（kj/cm）等四种不同线能量，具体焊接工艺参数如表2所示。4、待被焊试板完全冷却后，采用游标卡尺分别测量试板标记沿纵向和横向的尺寸，采用角尺测量接头后焊端端部的角变形大小。根据实验记录，分别计算纵、横向收缩变形量的大小。5、编号为5的两块试板，采用刚性固定法，组焊成一付对接试板。具体方法是：焊前将除焊接边以外的三个板边，采用手工电弧焊进行点固，点固焊缝的长度为20mm。点固后再采用埋弧焊进行施焊，焊接工

10、艺参数和热输入如表2所示。待试板完全冷却后，采用游标卡尺分别测量试板标记沿纵向和横向的尺寸，采用角尺测量接头后焊端端部的角变形大小。根据实验记录，分别计算纵、横向收缩变形量的大小。表2 试板埋弧焊对接所采用的焊接工艺参数编号焊接方法电流A电压V焊接速度cm/s线能量kj/cm1手工电弧焊170250.3113.602埋弧焊520320.6924.123埋弧焊510300.8118.894CO2气体保护焊230260.5211.505-刚性固定埋弧焊510300.8118.89五、试验数据的处理1、采用游标卡尺分别测量试板标记沿纵向和横向的尺寸时，单位用mm，保留2位有效数字；2、根据1中的测量记录，分别计算纵、横向收缩变形量的大小，单位用mm，保留2位有效数字；3、绘制对接接头纵、横向收缩变形量和角变形量随线能量变化的曲线图。4、将刚性固定后对接接头的纵、横向收缩变形量和角变形量的大小也标在曲线图上，比较刚性固定前后接头变形量