开始焊工和甚至那些更经历了焊接变形的问题，（翘曲从焊弧由热引起的基板的）通常斗争。失真是麻烦的许多原因，但最关键的是焊接未结构良好的潜力创造。本文将帮助定义什么是焊接变形，然后提供失真的原因，实际的了解，在各类焊接组件以及如何控制它，最后看的畸变控制方法的收缩效应。
什么是焊接畸变？
在焊接金属和相邻的底座金属的加热和冷却循环期间，焊接中的变形导致焊接金属和焊接过程的冷却循环期间的膨胀和收缩。在一部分的一侧进行所有焊接将导致比焊缝从一侧交替到另一侧交替的更大的变形。在这种加热和冷却循环期间，许多因素影响金属的收缩并导致变形，例如施加热量的物理和机械性能。例如，随着焊接区域的温度增加，钢板的屈服强度，弹性和导热率降低，而热膨胀和比热量增加（图3-1）。反过来，这些变化会影响热流和热分布的均匀性。
图。图3-1钢的性能变化随着温度的增加，使焊接周期内发生的事情进行了复杂分析 - 因此，了解有助于焊接变形的因素。 |
原因失真
为了了解在加热和冷却金属期间发生失真的方式以及为何，考虑图3中所示的钢条。3-2。当杆均匀加热时，它在所有方向上膨胀，如图3-2（a）所示。当金属冷却到室温时，它均匀地收缩到其原始尺寸。
图3-2如果钢筋均匀加热，同时无限制，如（a），它将在所有方向上扩展并返回其原始脱脂器上的冷却。如果抑制，如（b）中，在加热期间，它可以仅在垂直方向上扩展 - 变得更厚。在冷却时，使变形的律棒合同均匀，如（c）所示，因此永久变形。这是对焊接组件变形的基本原因的简化解释。 |
但是，如果棒钢是在台钳内敛-as - 当它被加热时，如图3-2（b）中，横向膨胀不能发生。但是，由于加热过程中必须发生体积膨胀，杆在垂直方向上扩展（厚度）和变厚。由于异型棒返回到室温，它仍然会趋于收缩均匀地在所有方向上，如图3-2（c）中。酒吧是现在短，但厚。它已被永久变形或扭曲。（为了简化，草图显示发生在厚度这种失真只，但在实际上，长度类似的影响。）
在焊接接头中，这些相同的膨胀和收缩力作用于焊缝金属和母材金属。当焊缝金属凝固并与母材熔合时，它处于最大的扩展范围。在冷却时，它试图收缩到它通常在较低温度下所占的体积，但它被相邻的贱金属阻止了这样做。因此，应力在焊缝和邻近的母材内产生。在这一点上，焊缝拉伸(或屈服)和变薄，从而调整到较低温度的体积要求。但只有那些超过焊缝金属屈服强度的应力才会通过这种应变得到缓解。当焊缝达到室温时——假设母材完全受约束而不能移动——焊缝将包含近似等于金属屈服强度的锁定拉应力。如果去除约束(夹住工件的夹子或相反的收缩力)，残余应力就会部分减轻，因为它们会导致母材移动，从而使焊件变形。
收缩控制-你能做什么来减少失真
为了防止或减少焊接变形，必须在设计和焊接过程中采用方法来克服加热和冷却周期的影响。收缩不能防止，但可以控制。几种方法可以用来最小化由收缩引起的失真:
1.不要过焊
在连接处放置的金属越多，收缩力就越大。根据接头的要求正确地确定焊缝的尺寸，不仅可以减少变形，还可以节省焊接金属和时间。角焊缝中焊缝金属的数量可以通过使用平的或稍微凸的焊道最小化，在对接接头中通过适当的边缘准备和装配。在高度凸焊道中过量的焊缝金属不会增加规范工作中的允许强度，但它确实增加了收缩力。
当焊接厚板(超过1英寸厚)时，坡口或甚至双坡口可以节省大量的焊接金属，自动转换成更少的变形。
通常，如果失真不是问题，请选择最经济的关节。如果失真是一个问题，请选择焊接应力彼此平衡的接头或需要最少焊接金属的接头。
2.使用断续焊
尽量减少焊接金属的另一种方法是使用间歇性的而不是连续的焊缝在可能的情况，如图3-7（c）中。用于附接加强件到板，例如，间歇焊接可以由多达75％的降低焊缝金属还提供所需的强度。
图3-7可以通过防止 - 或建设性地使用的技术防止或最小化或最小化变形 - 加热和冷却循环的影响。 |
3.使用尽可能少的焊道
具有大电极的通过较少，图3-7（D），当横向失真可能是问题时，优选具有更多的小电极的通过。由每个通行证引起的收缩趋于累积，从而使用许多通过时的总收缩。
4.将焊接放置在中性轴附近
失真由该收缩力，提供一个更小的杠杆作用来拉板不对准最小化。图3-7（e）中示出了这一点。焊件和焊接顺序的两个设计可以有效地用于控制失真。
图3-7可以通过防止 - 或建设性地使用的技术防止或最小化或最小化变形 - 加热和冷却循环的影响。 |
5.在中性轴周围平衡焊缝
这种做法，在图中所示。3-7（f）中，偏移的一个与另一个的收缩力，以有效减少焊件的变形。在这里，焊接装配和正确顺序的设计是很重要的因素。
6.使用退焊焊接
在BackStep技术中，焊接的一般进展可能是从左到右的，但是每个珠段从右到留下，如图3-7（g）。当放置每个胎圈段时，加热的边缘膨胀，其临时将板在B处分离。但随着热量在板上移动到C，沿着外边缘Cd的膨胀将板延伸在一起。当第一个珠子铺设时，这种分离最为明显。由于先前焊缝的抑制，平板较少且较少地扩展较少且较少。BackStepping可能在所有应用中都无效，并且不能经济地在自动焊接中使用。
图3-7可以通过防止 - 或建设性地使用的技术防止或最小化或最小化变形 - 加热和冷却循环的影响。 |
7.预期收缩力量
在焊接前预先设置零件(乍一看，我认为这是指架空或垂直焊接位置，这不是情况)可以使收缩执行建设性工作。图3-7(h)中显示了以这种方式预先设置的若干组件。预先设定的收缩量，以拉板成一条直线，可以从几次试焊确定。
图3-7(i)是使用反向机械力来抵消焊接造成的变形的简单例子。焊接槽的顶部-将包含大量的焊接金属-是延长时，板是预设的。因此，完成的焊缝略长，如果它是在平板上。焊接后，当夹具被释放，板返回到平面形状，允许焊缝通过缩短到一条直线来减轻其纵向收缩应力。这两种作用是一致的，焊接板的平整度是理想的。
另一个平衡收缩力的常见做法是将相同的焊接件背靠背地定位，如图3-7(j)，将它们紧紧地夹在一起。焊接在两个组件上完成，并允许在松开夹具之前冷却。预弯可以与此方法相结合，在装夹前在零件之间适当的位置插入楔子。
在重焊件，特别是，构件的它们的排列相对的刚性和彼此可提供所需的平衡的力。如果这些天然平衡力不存在，有必要使用其他手段来抵消收缩力在焊接金属中。这可以通过平衡针对另一个收缩力或通过经由夹具产生相反的力来实现。的相反的力可以是：其他收缩力;抑制由夹具，夹具，或固定装置施加的力;抑制从在装配构件的布置产生的力;或者从在构件下垂由于重力的力。
8.规划焊接顺序
规划良好的焊接序列涉及将焊接金属放置在组件的不同点，使得随着结构在一个地方收缩，它抵消已经制造的焊缝的收缩力。该实施例是在中性轴的两侧交替地焊接在对接接头中的完全关节穿透槽焊接，如图3-7（k）。在圆角焊缝中的另一个例子包括根据图3-7（L）所示的序列进行间歇焊缝。在这些实施例中，焊缝1的收缩通过焊缝2中的收缩而平衡。
图3-7可以通过防止 - 或建设性地使用的技术防止或最小化或最小化变形 - 加热和冷却循环的影响。 |
夹子，夹具，和夹具即锁定部到所需位置，并保持它们直到焊接完成可能是用于控制小组件或部件失真最广泛使用的装置。它在本节前面所达到焊接金属的屈服点，直到通过夹具提供的限制力增大内部应力在焊件被提及。对于低碳板典型焊缝，该应力水平将近似45000磅。人们可能预期该应力到焊接部分从夹具或夹具移除之后造成相当大的运动或变形。这种情况不会发生，但是，因为从这个应力的应变（单位收缩）相比非常低运动的，如果没有限制被焊接期间所使用的，将发生的量。
焊接后9.卸下收缩力
喷丸是抵消焊缝冷却时收缩力的一种方法。从本质上讲，喷丸拉伸了金属珠，使其变薄，从而(通过塑性变形)缓解了金属冷却时收缩引起的应力。但是这种方法必须小心使用。例如，根珠不应该被喷毛，因为有隐藏裂缝或造成裂缝的危险。一般来说，喷丸不允许在最终孔道上进行，因为可能会掩盖裂纹，妨碍检查，而且会产生不良的加工硬化效果。因此，该技术的效用是有限的，即使有实例证明中间道间喷丸是解决变形或开裂问题的唯一办法。喷丸在工作中使用前，应获得工程批准。
另一种消除收缩力的方法是通过消除热应力——对焊接件进行控制加热到较高的温度，然后进行控制冷却。有时两个相同的焊接是背对背夹，焊接，然后应力减轻，同时保持在这种直的条件。因此，使焊缝变形的残余应力被降到最低。
10.最小化焊接时间
由于焊接过程中会发生复杂的加热和冷却循环，而且传热需要时间，所以时间因素会影响变形。一般来说，最好在周围大量金属升温和膨胀之前快速完成焊接。焊接工艺、焊条的类型和尺寸、焊接电流、移动速度等都会影响焊接件的收缩和变形程度。机械化焊接设备的使用减少了焊接时间和受热量影响的金属量，从而减少了变形。例如，用175安培、25伏特和3 ipm的工艺在厚板上沉积给定尺寸的焊缝，每一英寸的线性焊缝需要87,500焦耳的能量(也称为热输入)。在310安培、35伏特和8ipm的条件下，一个大约相同尺寸的焊接需要81,400焦耳/线性英寸。采用较高热输入的焊缝通常会产生较大的变形。(注:我不想使用“过度”和“超过必要”这两个词，因为焊接尺寸，事实上，与热输入有关。一般来说，角焊缝尺寸(英寸)等于热量输入量(kJ/ In)的平方根除以500。因此，这两个焊缝的尺寸很可能不相同。
失真控制的其他技术
水冷式跳汰机
已经开发了各种技术来控制特定焊缝的变形。例如，在金属薄板焊接中，水冷夹具(图3-33)有助于将热量从焊接部件中带走。铜管被钎焊或焊接到铜夹上，焊接过程中水在铜管中循环。夹具的约束也有助于减少失真。
图3-33水冷式夹具，用于焊接时快速散热。 |
强力背板
的“强力背板”是用于对接焊板中，如图中的失真控制的另一个有用的技术。3-34（a）中。夹子被焊接到一个板的边缘和楔子夹子下驱动以迫使边缘对准和焊接过程中保持它们。
图3-34控制对焊变形的各种强背布置。 |
热应力消除
除非在特殊情况下，通过加热消除应力不用于校正失真。在某些情况，然而，当应力消除是必要的，以防止进一步的失真从焊件完成之前发生。
摘要：一个清单将失真降至最低
为了在焊接的设计和制造中尽量减少变形，请遵循以下检查表:
不要过焊
控制fitup
在符合设计要求的情况下，尽可能采用间歇式焊接
在圆角焊接时使用最小的腿尺寸
对于坡口焊接，使用将焊缝金属体积最小化的接头。考虑双面接合而不是单面接合
焊接交替在接头的任一侧上时可与多个道焊
使用最少数量的焊接孔道
使用低热量输入程序。这通常意味着高沉积速率和更高的旅行速度
使用焊接定位器来实现最大数量的平焊。平面位置允许使用大直径电极和高
沉积速率焊接程序
在构件的中性轴上平衡焊缝
通过计划好的焊接顺序和焊接件的定位，尽可能均匀地分配焊接热量
向构件的部分无节制焊接
使用夹具、固定装置和牢固的靠背来保持安装和对齐
预弯曲的构件或预设的关节让收缩拉它们放回对准
按顺序排列组件和最终组件，使焊缝围绕截面的中性轴不断相互平衡
遵循这些技术将有助于减少变形和残余应力的影响。
