淺談焊接變形與控制

摘 要：正確控制焊接過程中的變形問題，將有助于提高焊接的質量，本文介紹了焊接變形的種類和主要影響因素，探討了控制焊接變形的一些技術手段，對一些焊接結構設計和控制變形操作具有一定的參考作用。

關鍵詞：焊接；焊接變形；焊接應力；變形控制

焊接是機械加工中非常重要的一個工藝環節，但是金屬結構件在焊接過程經常會出現一些難以預料的結構變形，嚴重影響到設備的結構強度和剛度、設計精度及安裝工藝，同時也會給生產增加許多額外的工序，延長了生產周期，提高了生產成本，最后造成極大的浪費。因此，了解焊接變形的產生機理，掌握焊接變形形成的主要因素和規律，探尋控制變形的方法，將有利于提高焊接質量以及設備的機械性能，給我們的生產帶來重大的影響。

一、焊接變形的種類和主要影響因素

1.焊接變形的種類

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

（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件焊后的彎曲，例如橫向焊縫在構件上分布不對稱引起的變形；

（3）角變形：焊縫截面形狀不對稱，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：焊件在焊接內應力的壓應力的作用下，焊件可能失穩，焊后呈波浪形。實際生產中薄板容易在焊后產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生的組合變形就會形成波浪變形；

（5）扭曲變形：焊后沿構件的長度方向出現的螺旋形變形，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有規律性而引起的。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，但就機械、環境和人為三個因素相對穩定的情況來講，影響焊接變形的主要因素有以下三個方面。

（1）材料因素的影響。材料性能對于焊接變形是很重要的一個影響因素。一般熱傳導系數越小的材料，溫度梯度越大，焊接變形越顯著；隨著材料熱膨脹系數的增加，焊接變形也相應的增加。同時材料在高溫區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）結構因素的影響。焊接結構的設計對焊接變形的影響最為關鍵。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筋板的位置和數量等諸多方面。一般來講，焊縫在設計時應考慮對稱、均部及分散，這樣可減小焊件的焊接變形。焊縫截面積越大，冷卻時收縮引起的塑性變形量越大，焊縫截面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的，而且是主要的影響因素，因此，當焊件厚度相同時，坡口尺寸越大，收縮變形越大。對于焊件板的厚度及加強筋板的位置、數量等進行優化，對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、構件的定位或固定方式、焊胎及夾具的應用等。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，加熱的高溫區范圍大，冷卻速度慢，使接頭塑性變形區增大。焊接順序對焊接變形的影響較為顯著。一般情況下，不同的焊接順序焊后將產生不同的變形量，所以在焊接時應盡量采取以下焊接方法：對稱焊接，焊縫不對稱時，先焊焊縫少的一側。

二、控制變形的方法

1.改進焊接結構。合理選擇焊縫結構的形式和尺寸，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.預留收縮變形余量。根據理論計算和現場經驗，對焊件預先預留收縮變形量或加工量，保證焊后能夠達到設計尺寸要求。

4.采用反變形法。根據理論計算和現場經驗，預先把焊件人為地加工或設置產生一個變形，使這個變形與焊后發生的變形方向相反而數值相等，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。對焊件適當的劃分為部件、組件進行組焊后，再進行部分間的焊接，提高了組對的精度，減少了焊接變形。

6.焊前預熱和焊后消應力處理。焊前預熱可使焊縫周圍母材溫度升高，從而降低焊縫金屬與周圍母材的溫差，降低焊接收縮內應力，減少焊接變形。對于焊接變形預先的控制是一個很重要的工作環節，但對于焊后出現的變形糾正也是對焊接質量的有效保證。

三、結語

在焊接生產中，，焊接變形是不可避免的，由于設計、工藝和操作方法的不合理會產生不同的焊接變形，而不同種類的焊接變形往往又不是單獨出現的，而是同時出現，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，掌握其影響規律，才能采取合理有效的措施來控制焊接變形。

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