1.焊接變形的種類(lèi)
焊接過(guò)程中焊件產(chǎn)生的變形稱(chēng)為焊接變形。焊后，焊件殘留的變形稱(chēng)為焊接殘余變形。焊接殘余變形有縱向收縮變形、橫向收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形和波浪變形等共六種，見(jiàn)圖1，其中焊縫的縱向收縮變形和橫向收縮變形是基本的變形形式，在不同的焊件上，由于焊縫的數量和位置分布不同，這兩種變形又可表現為其它幾種不同形式的變形。
2.焊件在什么情況下會(huì )產(chǎn)生縱向收縮變形？
焊件焊后沿平行于焊縫長(cháng)度方向上產(chǎn)生的收縮變形稱(chēng)為縱向收縮變形。當焊縫位于焊件的中性軸上或數條焊縫分布在相對中性軸的對稱(chēng)位置上，焊后焊件將產(chǎn)生縱向收縮變形，其焊縫位置見(jiàn)表1。
焊縫的縱向收縮變形量隨焊縫的長(cháng)度、焊縫熔敷金屬截面積的增加而增加，隨焊件截面積的增加而減少，其近似值見(jiàn)表2。
表2 焊縫縱向收縮變形量的近似值 （mm/m）
對接焊縫
連續角焊縫
間斷角焊縫
0.15～0.3
0.2～0.4
0～0.1
注：表中所表示的數據是在寬度大約為15倍板厚的焊縫區域中的縱向收縮變形量，適用于中等厚度的低碳鋼板。
3.試述焊縫的橫向收縮變形量及其計算
焊件焊后在垂直于焊縫方向上發(fā)生的收縮變形稱(chēng)為橫向收縮變形，橫向收縮變形量隨板厚的增加而增加。
低碳鋼對接接頭、T形接頭和搭接接頭的橫向收縮變形量，見(jiàn)表3、表4。
對接接頭橫向收縮變形量的近似計算公式，見(jiàn)表5。
表5 對接接頭橫向收縮變形量的近似計算公式
坡口形式
橫向縮短量計算公式
Y形
雙Y形
△L橫=0.1δ①+0.6
△L橫=0.1δ+0.4
①δ——板厚（mm）。
當兩板自由對接、焊縫不長(cháng)、橫向沒(méi)有約束時(shí)，橫向收縮變形量要比縱向的大得多。
4.焊件在什么情況下會(huì )產(chǎn)生彎曲變形？
如果焊件上的焊縫不位于焊件的中性軸上，并且相對于中性軸不對稱(chēng)（上下、左右），則焊后焊件將會(huì )產(chǎn)生彎曲變形。如果焊縫集中在中性軸下方（或下方焊縫較多）則焊件焊后將產(chǎn)生上拱彎曲變形；相反如果焊縫集中在中性軸上方（或上方焊縫較多），則焊件焊后將產(chǎn)生下凹彎曲變形。又如果焊件相對焊件中性軸左、右不對稱(chēng)，則焊后將產(chǎn)生旁彎，焊件產(chǎn)生彎曲變形的焊縫位置，見(jiàn)表6。
5.試述焊件產(chǎn)生角變形的原因及其數值
焊接時(shí)，由于焊接區沿板材厚度方向不均勻的橫向收縮而引起的回轉變形稱(chēng)為角變形見(jiàn)圖1b。
產(chǎn)生角變形的原因是，焊縫的截面總是上寬下窄，因而橫向收縮量在焊縫的厚度方向上分布不均勻，上面大、下面小，結果就形成了焊件的平面偏轉，兩側向上翹起一個(gè)角度。電渣焊縫由于焊縫厚度均勻，所以焊后焊件基本上不產(chǎn)生角變形。
有色金屬和薄板，由于焊接過(guò)程中熔池承托不住焊件的重量，使兩側板下垂，結果會(huì )引起相反方向的角變形。
低碳鋼對接接頭在自由狀態(tài)下，焊后角變形的實(shí)驗值，見(jiàn)表7。
6.試述波浪變形和扭曲變形產(chǎn)生的原因
（1）波浪變形 焊后構件產(chǎn)生形似波浪的變形稱(chēng)為波浪變形。薄板對接焊后，存在于板中的內應力，在焊縫附近是拉應力，離開(kāi)焊縫較遠的兩側區域為壓應力，如壓應力較大，平板失去穩定就產(chǎn)生波浪變形，見(jiàn)圖1d。
此外，當焊件上的幾條角焊縫靠得很近時(shí)，由每角焊縫所引起的角變形連貫在一起也會(huì )形成波浪變形，見(jiàn)圖2。波浪變形通常產(chǎn)生在薄板結構中。
（2）扭曲變形 構件焊后兩端繞中性軸相反方向扭轉一角度稱(chēng)為扭曲變形，見(jiàn)圖1e。
如果構件的角變形沿長(cháng)度上分布不均勻和縱向有錯邊，則往往會(huì )產(chǎn)生扭曲變形。如圖3a 所示工字梁的四條角焊縫在定位焊后不采用適當夾具，按圖3b 所示的焊接方向（相鄰焊縫反向）進(jìn)行焊接，這時(shí)角變形沿著(zhù)焊縫長(cháng)度逐漸增大，使構件扭轉，即構件扭轉，即產(chǎn)生扭曲變形。
7.如何利用合理的裝配焊接順序來(lái)控制焊接殘余變形？
不同的構件形式應采用不同的裝配焊接方法。
（1）結構截面對稱(chēng)、焊縫布置對稱(chēng)的焊接結構，采用先裝配成整體，然后再按一定的焊接順序進(jìn)行生產(chǎn)，使結構在整體剛性較大的情況下焊接，能有效地減少彎曲變形。
例如，工字梁的裝配焊接過(guò)程，可以有兩種不同方案，見(jiàn)圖4。若采用圖4b所示的邊裝邊焊順序進(jìn)行生產(chǎn)，焊后要產(chǎn)生較大的上拱彎曲變形；若采用圖4c所示的整裝后焊順序，就可有效地減少彎曲變形的產(chǎn)生。
（2）結構截面形狀和焊縫不對稱(chēng)的焊接結構，可以分別裝焊成部件，最后再組焊在一起見(jiàn)圖5。圖5b所示的方案由于焊縫1離中性軸距離較大，所以彎曲變形較大，而圖5a所示的焊縫1的位置幾乎與上蓋板截面中性軸重合，所以對整個(gè)結構的彎曲變形沒(méi)有影響。
8.如何利用合理的焊接順序來(lái)控制焊接殘余變形？
（1）對稱(chēng)焊縫采用對稱(chēng)焊接 當構件具有對稱(chēng)布置的焊縫時(shí)，可采用對稱(chēng)焊接減少變形。如圖4所示工字梁，當總體裝配好后先焊焊縫1、2，然后焊接3、4，焊后就產(chǎn)生上拱的彎曲變形。如果按1、4、2、3的順序進(jìn)行焊接，焊后彎曲變形就會(huì )減小。但對稱(chēng)焊接不能完全消除變形，因為焊縫的增加，結構剛度逐漸增大，后焊的焊縫引起的變形比先焊的焊縫小，雖然兩者方向相反，但并不能完全抵消，最后仍將保留先焊焊縫的變形方向。
（2）不對稱(chēng)焊縫先焊焊縫少的一側 因為先焊焊縫的變形大，故焊縫少的一側先焊時(shí)，使它產(chǎn)生較大的變形，然后再用另一側多的焊縫引起的變形來(lái)加以抵消，就可以減少整個(gè)結構的變形。
9.如何利用合理的焊接方向來(lái)控制焊接殘余變形？
為控制焊接殘余變形而采用的焊接方向，有以下幾種：
（1）長(cháng)焊縫同方向焊接 如T形梁、工字梁等焊接結構，具有互相平行的長(cháng)焊縫，施焊時(shí)，應采用同方向焊接，可以有效地控制扭曲變形，見(jiàn)圖6a。
（2）逆向分段退焊法 同一條或同一直線(xiàn)的若干條焊縫，采用自中間向兩側分段退焊的方法，可以有效地控制殘余變形，見(jiàn)圖6b。
（3）跳焊法 如構件上有數量較多又互相隔開(kāi)的焊縫時(shí)，可采用適當的跳焊，使構件上的熱量分布趨于均勻，能減少焊接殘余變形，見(jiàn)圖6c。
10.如何利用反變形法來(lái)控制焊接殘余變形？
為了抵消焊接殘余變形，焊前先將焊件向與焊接殘余變形相反的方向進(jìn)行人為的變形，這種方法稱(chēng)為反變形法。例如，為了防止對接接頭產(chǎn)生的角變形，可以預先將對接處墊高，形成反向角變形見(jiàn)圖7a。為了防止工字梁翼板焊后產(chǎn)生角變形，可以將翼板預先反向壓彎見(jiàn)圖7b。在薄殼結構上，有時(shí)需在殼體上焊接支承座之類(lèi)的零件，焊后殼體往往發(fā)生塌陷，為此，可以在焊前將支承座周?chē)臍け谙蛲忭敵?，然后再進(jìn)行焊接見(jiàn)圖7c。
采用反變形法控制焊接殘余變形，焊前必需較精確地掌握焊接殘余變形量，通常用來(lái)控制構件焊后產(chǎn)生的彎曲變形和角變形，如反變形量留得適當，可以基本抵消這兩種變形。
11.如何利用剛性固定法來(lái)控制焊接殘余變形？
焊前對焊件采用外加剛性拘束，強制焊件在焊接時(shí)不能自由變形，這種防止焊接殘余變形的方法稱(chēng)為剛性固定法。采用壓鐵防止薄板焊后的波浪變形見(jiàn)圖8。
剛性固定法簡(jiǎn)單易行，適用面廣，不足之處是焊后當外加剛性拘束卸掉后，焊件上仍會(huì )殘留一些變形，不能完全消除，不過(guò)要比沒(méi)有拘束時(shí)小得多。另外，剛性固定法將使焊接接頭中產(chǎn)生較大的焊接應力，所以對于一些抗裂性較差的材料應該慎用。
12.如何利用散熱法和自重法來(lái)控制焊接殘余變形？
（1）散熱法 焊接時(shí)用強迫冷卻的方法將焊接區的熱量散走，減少受熱面積從而達到減少變形的目的，這種方法稱(chēng)為散熱法，利用散熱法減少薄板的焊接變形見(jiàn)圖9。圖9b是將焊件浸入水中進(jìn)行焊接（常用于小容器焊接）。圖9c是用水冷銅塊進(jìn)行冷卻。
散熱法不適用于焊接淬硬性較高的材料。
（2）自重法 利用焊件本身的質(zhì)量在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的變形來(lái)抵消焊接殘余變形的方法稱(chēng)為自重法。如一焊接梁上部的焊縫明顯多于下部，見(jiàn)圖10a，焊后整根梁產(chǎn)生下凹彎曲變形。為此焊前將梁放在兩個(gè)相距很近的支墩上，見(jiàn)圖10b，首先焊接梁的下部?jì)蓷l直焊縫，由于梁的自重和焊縫的收縮，將使梁產(chǎn)生彎曲變形，焊畢，將支墩置于兩頭，并使梁反身擱置，隨后焊接梁的上部，由于支墩是置于梁的兩頭，梁的自重彎曲變形與第一次相反，不僅如此，上部焊縫的收縮變形方向也與下部焊縫收縮變形的方向相反，因此焊后梁的彎曲變形得以控制，見(jiàn)圖10c。
13.如何利用機械矯正法矯正焊接殘余變形？
利用手工錘擊或機械壓力矯正焊接殘余變形的方法叫機械矯正法。
手工錘擊矯正薄板波浪變形的方法，見(jiàn)圖11。圖11a表示薄板原始的變形情況，錘擊時(shí)錘擊部位不能是突起的地方，這樣結果只能朝反方向突出，見(jiàn)圖11b，接著(zhù)又要錘擊反面，結果不僅不能矯平，反而要增加變形。正確的方法是錘擊突起部分四周的金屬，使之產(chǎn)生塑性伸長(cháng)，并沿半徑方向由里向外錘擊，見(jiàn)圖11c，或者沿著(zhù)突起部分四周逐漸向里錘擊，見(jiàn)圖11d。
利用機械力矯正焊接殘余變形的方法，見(jiàn)圖12。圖12a是利用加壓機構矯正工字梁焊后的彎曲變形。圖12b是利用圓盤(pán)形輾輪輾壓薄板焊縫及其兩側，使之伸長(cháng)來(lái)消除薄板焊后的殘余變形。
手工錘擊矯形勞動(dòng)強度大，技術(shù)難度高，但無(wú)須設備，適用于薄板的焊后矯形。機械矯正效率高、速度快、效果好，但須要加壓機構等設備，適用于中、大型焊件焊后的矯形。
14.如何正確進(jìn)行火焰矯正焊接殘余變形？
利用火焰對焊件進(jìn)行局部加熱時(shí)產(chǎn)生的塑性變形，使較長(cháng)的金屬在冷卻后收縮，以達到矯正變形的目的稱(chēng)火焰加熱矯正法?；鹧婕訜岢C正法矯正焊件殘余變形時(shí)要注意以下事項：
1）加熱用火焰通常采用氧乙炔焰，火焰性質(zhì)為中性焰，如果要求加熱深度小時(shí)，可采用氧化焰。
2）對于低碳鋼和低合金結構鋼，加熱溫度為600～800℃，此時(shí)焊件呈櫻紅色。
3）火焰加熱的方式有點(diǎn)狀、線(xiàn)狀和三角形三種，其中三角形加熱適用于厚度大、剛性強的焊件。
4）加熱部位應該是焊件變形的突出處，不能是凹處，否則變形將越矯越嚴重。
5）矯正薄板結構的變形時(shí)，為了提高矯正效果，可以在火焰加熱的同時(shí)用水急冷，這種方法稱(chēng)為水火矯正法。對于厚度較大而又比較重要的構件或者淬硬傾向較大的鋼材，不可采用水火矯正法。
6）夏天室外矯正，應考慮到日照的影響。因為中午和清晨原加熱效果往往不一樣。
7）薄板變形的火焰矯正過(guò)程中，可同時(shí)使用木錘進(jìn)行錘擊，以加速矯正效果。
15.試述用電磁錘法矯正焊接殘余變形的工作原理
電磁錘法又稱(chēng)強電磁脈沖矯正法，其矯正焊件變形的過(guò)程如下：把一個(gè)由絕緣的圓盤(pán)形線(xiàn)圈組成的電磁錘放置于焊件待矯正處，從已充電的高壓電容向其放電，于是在線(xiàn)圈與焊件的間隙中出現一個(gè)很強的脈沖電磁場(chǎng)，見(jiàn)圖13。由此產(chǎn)生一個(gè)比較均勻（與機械錘相比）的壓力脈沖，使該處產(chǎn)生與焊件變形反向的變形，用以矯正焊件的變形。
電磁錘法適用于電導率大的材料如鋁、銅等板殼結構的矯形。對電導率小的材料則需在焊件與電磁錘之間放置鋁或銅質(zhì)薄板。
電磁錘法矯正變形的優(yōu)點(diǎn)在于：
1）焊件表面沒(méi)有撞擊的錘痕。
2）矯形能量可精確地控制。
3）無(wú)需揮動(dòng)錘頭，可在比較窄小的空間內進(jìn)行工作。
