手弧焊時如何防止焊接應力和焊后變形

薄開俊

摘 要：在焊接結構生產中經常出現的焊接應力和變形問題，不僅影響了結構的尺寸精度和外觀，還可能降低結構的承載能力，甚至導致產品因變形無法矯正而報廢，因此，焊接應力與變形應引起我們足夠的重視。

關鍵詞：手弧焊接 應力和變形 控制措施

金屬結構在手弧焊時產生的變形，會導致焊接產品質量下降，造成下一道工序無法順利進行。焊接應力或焊接殘余應力往往會產生裂紋，即使不產生裂紋，也會降低結構的承載能力和使用壽命。焊接變形會造成焊件尺寸、形狀的變化，使焊后還要進行大量復雜的矯正工作，嚴重時會使產品報廢。為了防止焊接應力和變形，我們首先了解一下焊接應力產生的原因及變形的種類。

引起焊接應力的基本原因是：焊接溫度分布不均勻而引起的應力，焊接時溫度變化引起組織變化產生的應力，還有金屬熔池從液態冷凝成固體時體積收縮受到限制形成的應力。這些應力在焊接結束焊件完全冷卻后仍以內應力的形式存在焊件內部的就是殘余應力。

引起變形的原因及種類有：焊縫在結構中的位置、結構剛性的大小、裝配和焊接順序、焊接規范的選擇等的影響，種類有縱向變形、橫向變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形等，按焊接結構形式可分為局部變形和整體變形。這些變形在焊件冷卻后不能恢復的就是殘余變形。

為了防止焊接應力和變形，在焊接生產加工中我們應采取相應的控制措施。

一、焊接應力的控制措施

1.焊接前要從多方面認真設計

盡量減少焊縫的數量和尺寸，選擇填充金屬量少的坡口形式。焊縫間應保持足夠的距離，避免焊縫布置的過分集中。采用剛性較小的接頭形式，使焊縫能夠自由收縮，盡量避免三軸交叉的焊縫，不把焊縫布置在工作應力最重要的地方。在殘余應力為拉應力的區域內，應盡量避免幾何連續性焊接加熱，以免內應力在該處進一步增高。

2.采取相應的工藝措施

采用合理的焊接順序和方向，運用預熱法、冷焊法、留裕度法、開減應力槽法、錘擊焊縫法、加熱“減應區”法等。采取合理的焊接順序就能使每條焊縫盡可能地自由收縮，減少焊后殘余應力的存在。

二、防止焊接變形的方法

分析和了解了焊接變形的原因及變形的種類，采取相應的控制方法就可以有效防止和減少焊接變形所帶來的危害。

1.設計方面的措施

首先要選用合理的焊接尺寸和形狀，在確保構件焊縫質量和有足夠的承載能力時，應按板厚在工藝上選擇最小的焊縫尺寸，以減少熔敷金屬總量，從而減少焊接變形。其次要合理地安排焊縫位置，在構件上只要允許，焊縫的位置盡量靠近構件截面的中性軸，并盡量和中心軸對稱，以減少構件的彎曲變形。再就是盡可能地減少焊接，可選用型鋼、沖壓件代替焊接件，從而減少焊縫的數量。

2.工藝方面的措施

（1）選擇合理的安裝和焊接順序。在焊接結構中如果裝配焊接順序不合理將會給結構的變形帶來很大的影響。為了控制和減少焊接變形，在裝配焊接順序的選擇上應遵守下列原則：對正在焊接的焊縫應盡量靠近結構截面的中性軸；對于焊縫布置不對稱的結構，裝配焊接時要先焊焊縫少的一側；焊縫對稱布置的結構，最好由兩名焊工同時進行兩面對稱焊接；對較長的焊縫不要采用連續的直通焊接，因連續直通焊會造成較大的變形，可采用分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法和交替焊法來減少焊后的收縮變形。

（2）反變形法。因焊件不能雙面及對稱焊接，并且只能單面焊接時，為了抵消焊接殘余變形，可將焊件焊前預先向焊接變形相反的方向變形。如V形坡口、T形和角接接頭焊件的單面焊接等，都要根據不同的條件預留反變形來防止焊后變形。

（3）剛性固定法。焊接前對焊件采取外加剛性約束，使焊接時的焊件不能自由變形。這種方法對小而薄的焊件減小變形很有效。對于形狀復雜，尺寸不大，又是成批生產的焊件，可設計一個能夠剛性約束的專用焊接胎具，既可以防止變形，又能提高生產率，焊接時還不必過分考慮焊接順序，其缺點是有些大件不易固定，且焊后撤除固定后，焊件還有少許變形和較大的殘余應力。

（4）散熱法。散熱法是利用水冷卻和銅塊冷卻等方法將焊接處的熱量迅速散走，從而限制和縮小焊接熱場的分布，達到減小焊接變形的目的，但對淬火傾向大的鋼材不宜采用，否則易產生裂紋

除上述之外還有錘擊法、焊前加熱“感應區”法、焊前預熱焊后緩冷法、合理的焊接工藝法等。當然，隨著生產實踐的發展，我們還會發現更好的防止應力和變形的辦法。

參考文獻：

[1]王長忠.焊工工藝與技能訓練[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2006.

[2]張應立.新編焊工實用手冊[M].北京：金盾出版社，2004.

（作者單位：鄒城市技工學校）endprint