焊接残余变形的估算和经验数据分析

1.焊接残余变形的估算

焊接变形量的影响因素很多，计算起来比较繁琐。为此，人们在长期的生产实践中，不断摸索，不断地总结经验，推导出变形量估算公式，能够迅速而较准确地推算出焊接变形值。

（1）纵向收缩量的估算

1）对接焊缝纵向收缩量的计算公式如下：

式中 ΔL——纵向收缩量，mm；

l——焊缝长度，mm；

δ——板厚，mm。

例9-1板厚为10mm的焊件，对接焊缝长10m，试估计焊件焊完后，其纵向收缩量为多少？

解

答：焊缝纵向收缩量为6mm。

2）角焊缝纵向收缩量的计算公式

式中 ΔL——焊缝纵向收缩量，mm；

A_w——焊缝截面积，mm²；

A——焊件截面积，mm²；

l——焊缝长度，mm。

例9-2 某焊件长7500mm，角焊缝长5000mm；焊缝截面积A_w=2.6mm²，焊件截面积A=250mm²。试求角焊缝的纵向收缩量。

解

答：角焊缝纵向收缩量为2.6mm。

（2）横向收缩量的估算

1）板对接焊缝的横向收缩量计算公式如下：

式中 ΔB——横向收缩量，mm；

δ——板厚，mm；

A_w——焊缝截面积，mm²；

b——根部间隙，mm。

例9-3 已知板厚为14mm，焊缝截面积预测为42mm²，当焊缝对接根部间隙为3.2mm时，试求该焊缝的横向收缩量。

已知A_w=42mm²；δ=14mm；b=3.2mm。

解

答：该焊缝横向收缩量为0.7mm。

2）角焊缝的横向收缩量计算公式如下：

式中 ΔB——横向收缩量，mm；

C——系数，单面焊时C=0.075，双面焊时C=0.083；

K——焊脚尺寸，mm；

δ——翼板厚度，mm。

例9-4 某工宇钢翼板厚度10mm，采取双面角焊，焊脚尺寸为8mm，试求该焊缝焊后的横向收缩量。

已知δ=100mm；K=8mm；双面焊接时C=0.083。

解

答：该角焊缝焊后横向收缩量0.53mm。(www.xing528.com)

（3）弯曲变形的估算

弯曲变形的大小以挠度f度量。由焊缝纵向收缩所造成的挠度f（cm）可按下式估算：

式中 e——焊缝塑性变形区中心（一般可取焊缝中心）与截面中性轴的距离，cm；

L——构件长度（焊缝与构件等长），cm；

I——构件截面惯性矩，kg·m²；

q_V——焊接热输入，J/cm。

式中 U——焊接电压，V；

I——焊接电流，A；

η——电弧热效率（焊条电弧焊为0.7～0.8，埋弧焊为0.8，CO₂焊为0.7；

v——焊接速度，cm/s。

（4）角变形的估算 角变形可由图9-52进行估算。

图9-52 T形接头角变形与板厚δ及焊脚尺寸K的关系

a）低碳钢 b）铝镁合金

2.焊接残余变形的经验数据

低碳钢焊缝纵向收缩变形量ΔL的经验值见表9-6，适用于中等厚度以及宽厚比约为15的板件。

表9-6 低碳钢焊缝纵向收缩变形量ΔL的经验值 （单位：mm/m）

注：表中所表示的数据是在宽度大约为15偌板厚的焊缝区域中的纵向收缩量，适用于中等厚度的低碳钢板。

低碳钢焊缝横向收缩变形量ΔB的经验值见表9-7。

表9-7 低碳钢焊缝横向收缩变形量ΔB的经验值 （单位：mm）

注：表中所列数据是结构处在自由状态下焊条电弧焊时，焊缝横向收缩的近似值。

低碳钢对接接头横向收缩变形量见表9-8。

表9-8 低碳钢对接接头横向收缩变形量

（续）

低碳钢角接接头的横向收缩变形量见表9-9。

表9-9 低碳钢角接接头的横向收缩变形量

低碳钢的对接接头角变形见表9-10。表中的角变形数值是在自由状态下对接焊后测得的。

表9-10 低碳钢对接接头角变形

低碳钢T形接头和搭接接头的角变形见表9-11。

表9-11 低碳钢T形接头和搭接接头的角变形