淺談焊接變形與控制

摘 要：正確控制焊接過(guò)程中的變形問(wèn)題，將有助于提高焊接的質(zhì)量，本文介紹了焊接變形的種類(lèi)和主要影響因素，探討了控制焊接變形的一些技術(shù)手段，對(duì)一些焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制變形操作具有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：焊接；焊接變形；焊接應(yīng)力；變形控制

焊接是機(jī)械加工中非常重要的一個(gè)工藝環(huán)節(jié)，但是金屬結(jié)構(gòu)件在焊接過(guò)程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些難以預(yù)料的結(jié)構(gòu)變形，嚴(yán)重影響到設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度、設(shè)計(jì)精度及安裝工藝，同時(shí)也會(huì)給生產(chǎn)增加許多額外的工序，延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)成本，最后造成極大的浪費(fèi)。因此，了解焊接變形的產(chǎn)生機(jī)理，掌握焊接變形形成的主要因素和規(guī)律，探尋控制變形的方法，將有利于提高焊接質(zhì)量以及設(shè)備的機(jī)械性能，給我們的生產(chǎn)帶來(lái)重大的影響。

一、焊接變形的種類(lèi)和主要影響因素

1.焊接變形的種類(lèi)

（1）縱向和橫向收縮變形：焊件在焊后延焊縫方向發(fā)生的縱向收縮變形和垂直于焊縫方向發(fā)生的橫向收縮變形。這兩種收縮變形都是難以修復(fù)的，應(yīng)在焊前下料時(shí)留有一定的余量，避免焊件焊后返工或報(bào)廢；

（2）彎曲變形：是由焊縫的縱向收縮變形和橫向收縮變形引起的構(gòu)件焊后的彎曲，例如橫向焊縫在構(gòu)件上分布不對(duì)稱(chēng)引起的變形；

（3）角變形：焊縫截面形狀不對(duì)稱(chēng)，或施焊層次不合理致使焊件的平面圍繞焊縫在厚度方向上橫向收縮變形，例如T型接頭的變形；

（4）波浪變形：焊件在焊接內(nèi)應(yīng)力的壓應(yīng)力的作用下，焊件可能失穩(wěn)，焊后呈波浪形。實(shí)際生產(chǎn)中薄板容易在焊后產(chǎn)生這種成波浪型的變形，例如：由幾條相互平行的角焊縫橫向收縮產(chǎn)生的組合變形就會(huì)形成波浪變形；

（5）扭曲變形：焊后沿構(gòu)件的長(zhǎng)度方向出現(xiàn)的螺旋形變形，而造成扭曲變形的原因一般是由于裝配不良，施焊順序不合理，致使焊縫的縱向和橫向收縮變形沒(méi)有規(guī)律性而引起的。角變形和波浪變形屬于局部變形，其他變形類(lèi)型屬于整體變形。

2.焊接變形的影響因素

焊接變形的影響因素是多方面的，但就機(jī)械、環(huán)境和人為三個(gè)因素相對(duì)穩(wěn)定的情況來(lái)講，影響焊接變形的主要因素有以下三個(gè)方面。

（1）材料因素的影響。材料性能對(duì)于焊接變形是很重要的一個(gè)影響因素。一般熱傳導(dǎo)系數(shù)越小的材料，溫度梯度越大，焊接變形越顯著；隨著材料熱膨脹系數(shù)的增加，焊接變形也相應(yīng)的增加。同時(shí)材料在高溫區(qū)的屈服極限和彈性模量及其隨溫度的變化率也起著十分重要的作用。

（2）結(jié)構(gòu)因素的影響。焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)焊接變形的影響最為關(guān)鍵。其中包括焊縫分布、焊縫截面積、坡口形式、焊件板的厚度及加強(qiáng)筋板的位置和數(shù)量等諸多方面。一般來(lái)講，焊縫在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮對(duì)稱(chēng)、均部及分散，這樣可減小焊件的焊接變形。焊縫截面積越大，冷卻時(shí)收縮引起的塑性變形量越大，焊縫截面積對(duì)縱向、橫向及角變形的影響趨勢(shì)是一致的，而且是主要的影響因素，因此，當(dāng)焊件厚度相同時(shí)，坡口尺寸越大，收縮變形越大。對(duì)于焊件板的厚度及加強(qiáng)筋板的位置、數(shù)量等進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)減小焊接變形有著十分重要的作用。

（3）工藝因素的影響。焊接工藝對(duì)焊接變形的影響方面很多。比如焊接方法、焊接熱輸入量、焊接順序、構(gòu)件的定位或固定方式、焊胎及夾具的應(yīng)用等。首先要選擇正確的焊接方法，不同的方法造成熱輸入量也不同，加熱的高溫區(qū)范圍大，冷卻速度慢，使接頭塑性變形區(qū)增大。焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊戄^為顯著。一般情況下，不同的焊接順序焊后將產(chǎn)生不同的變形量，所以在焊接時(shí)應(yīng)盡量采取以下焊接方法：對(duì)稱(chēng)焊接，焊縫不對(duì)稱(chēng)時(shí)，先焊焊縫少的一側(cè)。

二、控制變形的方法

1.改進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)。合理選擇焊縫結(jié)構(gòu)的形式和尺寸，避免焊縫的不均勻布置和集中分布，減少不必要的焊縫，都能有效控制焊接變形。

2.采用剛性固定法。對(duì)于剛性較小的焊接件，合理采用剛性好的夾具、支撐件、焊胎等輔助器具加以固定可以減小焊件的變形。

3.預(yù)留收縮變形余量。根據(jù)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)焊件預(yù)先預(yù)留收縮變形量或加工量，保證焊后能夠達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸要求。

4.采用反變形法。根據(jù)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)先把焊件人為地加工或設(shè)置產(chǎn)生一個(gè)變形，使這個(gè)變形與焊后發(fā)生的變形方向相反而數(shù)值相等，這樣變形與反變形就能在焊后得到抵消。

5.采用合理的裝配焊接順序。對(duì)焊件適當(dāng)?shù)膭澐譃椴考⒔M件進(jìn)行組焊后，再進(jìn)行部分間的焊接，提高了組對(duì)的精度，減少了焊接變形。

6.焊前預(yù)熱和焊后消應(yīng)力處理。焊前預(yù)熱可使焊縫周?chē)覆臏囟壬撸瑥亩档秃缚p金屬與周?chē)覆牡臏夭睿档秃附邮湛s內(nèi)應(yīng)力，減少焊接變形。對(duì)于焊接變形預(yù)先的控制是一個(gè)很重要的工作環(huán)節(jié)，但對(duì)于焊后出現(xiàn)的變形糾正也是對(duì)焊接質(zhì)量的有效保證。

三、結(jié)語(yǔ)

在焊接生產(chǎn)中，，焊接變形是不可避免的，由于設(shè)計(jì)、工藝和操作方法的不合理會(huì)產(chǎn)生不同的焊接變形，而不同種類(lèi)的焊接變形往往又不是單獨(dú)出現(xiàn)的，而是同時(shí)出現(xiàn)，它們互相作用，互相影響。所以只有全面分析影響焊接變形的各種因素，掌握其影響規(guī)律，才能采取合理有效的措施來(lái)控制焊接變形。

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