大面积薄板焊接变形的控制(2)

　　3、焊接工艺及剖析

　　(1)分析焊接应力和变形产生的机理、影响因素及其内在联系

　　如下图四所示，给出了引起焊接应力和变形的主要因素及其内在联系。

图五 引起焊接应力于变形的主要因素及其内在联系

　　由图可看出，焊接时局部不均匀的热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。而热输入是通过因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动，最终形成焊接应力的变形。从图可以看出，材料因素主要为材料特性、热常数及力学性能（热膨胀系数α=f（t），弹性模量E=f（T），屈服强度σ_s= f（T），σ_s（T）=0的温度，T_k或称“力学熔化温度”以及相变等），在焊接温度场中，这些特性呈现出决定热源周围金属运动的内拘束度。制造因素（工艺措施、夹持状态）和结构因素（构件形状、厚度及刚性等）则更多地影响着热源金属的外拘束度。随焊接热过程二变化的内应力场和构件变形，称为焊接瞬态应力与变化。而焊后，在室温条件下残留于构件中的内应力场和宏观变化，称为焊接残余应力与焊接残余变形。

　　由于焊接应力和变形问题的复杂性，在工程实践中往往采用试验测试与理论分析和数值计算相结合的方法来掌握其规律，以期能达到预测控制和调整焊接应力与变形的目的。

　　（2）工艺措施及剖析

　　根据多年的实际经验和理论分析结果，不管哪种形式的底板，在焊接工艺上采取的工艺措施大致相同，其主要措施有：

　　①  先焊短焊缝后焊长焊缝，采取分段退焊，由内向外依次进行。

　　②  中心板和内环板之间的焊缝，可由数名焊工均布对称施焊，并可同时进行。

　　③  内环板与外环板的搭接焊缝暂时不焊，留待底层壁板与内环板角焊缝施焊完毕后在进行焊接。

　　其防焊接应力与变形的主要原理要点是：

　　① 焊接后自由收缩

　　② 减少焊接区与整体结构之间的温差

　　③ 使焊接应力尽量减少并均匀布置

　　（3）工艺措施的具体剖析

　　以图一为例分析

　　① 先焊短焊缝后焊长焊缝的基本原理

　　如图中的中心板3、4、5短缝，将其由内向外焊接为一体，可自由收缩为一整体长条。同理，焊完所有短缝，所有中心板都成为焊接后得到自由收缩、基本无应力的若干长条。然后再将个长条由内向外连接起来，也属于在自由收缩状态下成型，这样焊接应力很小，变形也很小。

　　反之，若先焊长缝A、B，则将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四板皆固定在A、B两长缝上，然后再去焊3、4、5短缝，三段缝必收缩，收缩时却受到A、B长缝的限制而不能自由收缩，热胀时产生压应力，收缩时产生拉应力，因而存在较大的焊接应力，会产生很大的变形。整个底板若都这样焊接或无次序地焊接，底板会产生更大的变形，定会导致底板大量的凸起变形，严重的甚至会报废，造成重大的质量事故。

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