影響焊接變形的原因以及控制措施探討

摘 要：在工業生產過程中，焊接是一項重要的加工工藝，其對生產加工效率和質量有著重要的影響。在焊接的過程中，存在多種因素會影響到焊接的質量，而一旦出現焊接變形，不僅會對焊接對象的性能以及結構的穩定性造成影響，還會損害到企業的經濟效益。文章對于影響焊接變形的原因進行了分析，然后提出控制的措施，對于提高焊接質量具有重要的意義。

關鍵詞：焊接變形；影響因素；殘余應力；控制措施

引言

隨著工業生產的快速發展，焊接工藝顯得愈加重要。合理的安排焊接工藝，正確使用焊接方法，是控制焊接變形、降低生產成本的重要條件。焊接變形是影響焊接質量的重要因素，其對于焊接結構的性能、安全性和可靠性都有直接的影響，一旦出現焊接變形，在焊接接頭處就會出現冷、熱裂紋，從而影響到焊接對象的力學性能，導致生產效率下降，生產成本增加。所以，為了有效地控制焊接變形，應該熟練掌握焊接對象的熱物理性能以及力學性能，根據實際情況，制定出科學合理的焊接工藝，避免焊接變形的出現。

1 焊接變形的影響因素

出現焊接變形，是在多種因素的交互作用下產生的，而決定性因素是在焊接的過程中，由于局部出現不均勻的熱輸入，所以導致焊接變形。一般情況下，焊接變形主要有兩種情況：一種是在焊接加熱的過程中出現的瞬態熱變形；另一種是在常溫狀態下出現的殘余變形。

1.1 材料因素

材料自身的熱物理性能以及力學性能是影響焊接變形的重要因素，因為在對材料接頭加熱焊接時，材料自身的各項屬性對于熱量的耐受度以及承受的極限，都會對焊接變形產生一定的影響。從熱物理性能來講，材料的熱傳導系數越小，其自身的溫度變化就越大，從而出現焊接變形的幾率就越大。而從力學角度來講，影響的因素要相對復雜一些，主要有熱膨脹系數、屈服極限、彈性模量以及塑性應變等。當材料的熱膨脹系數增加時，變形的程度就越大，也是對焊接變形影響最大的要素。彈性模量與焊接變形之間的關系是反比例的，也就是說彈性模量越大，出現焊接變形的幾率就越低。在屈服極限增加的情況下，焊接變形的過程中就會產生較大的殘余應力，加之平均應力較高，焊接材料在結構上應對變形的儲存能力增加，極易導致材料出現脆性斷裂。塑性應變和塑性區域減小，焊接變形也隨之減小。

1.2 結構因素

在對材料焊接之前，就會對變形因素進行綜合考慮，會結合材料自身的性能以及實際所需，而進行合理的結構設計，以降低焊接變形的出現。而結構設計也是影響焊接變形最為復雜的因素，一般情況下，為了降低焊接變形，都會采用加強板或者加強筋的處理方法，以此來起到保護作用。在結構的約束度增加的情況下，焊接過程中的殘余應力也會相應的增加，從而降低焊接變形的幾率。但是在實際焊接的過程中，由于材料自身的結構約束會發生變化，加之外界環境的影響，就會導致結構約束變得復雜。所以在實際焊接過程中，為了從結構因素考慮而使用加強板或者加強筋，就需要合理計算尺寸和數量，以有效控制焊接變形。

1.3 工藝因素

焊接工藝是影響焊接變形的直接因素，因為一切操作都是在這一程序下進行的，采用何種焊接方法、焊接的順序、焊接時的定位以及熱輸入量等都是影響焊接變形的重要因素，這一系列程序被稱之為焊接工藝。其中的焊接順序對焊接變形的影響最大，不同的焊接順序對于結構的殘余應力影響不同，在分布狀態上有很大的差別。在焊接工藝中，還涉及到復雜的工藝參數，需要對焊接過程中的各項技術參數進行統計分析，從而確定合理的焊接工藝，改善殘余應力，降低焊接變形。

2 焊接變形的控制措施

2.1 材料的選擇

焊接材料的選擇尤為關鍵。因為，材料自身的各項性能會直接影響到焊接變形，所以在選擇材料時，要從熱物理性能和力學性能等方面綜合考慮。一般都會選擇熱傳導系數較大的材料，這樣材料自身的溫度變化較小，有利于降低焊接變形。從力學性能方面來講，會選擇熱膨脹系數和彈性模量都較小的材料。但是在實際操作過程中，材料自身的性能都有一個固定的范圍，所以對于各項性能的要求就要做好權衡，從材料的選擇方面控制焊接變形相對比較困難。在材料的性能受到局限時，就應該根據這種材料的性能來合理的確定焊接結構設計和焊接工藝，以此來控制焊接變形。

2.2 加強結構設計

（1）焊縫設計。焊縫的大小是影響焊接變形的重要因素，焊縫的尺寸設計的越大，產生變形的幾率就越高。所以在進行焊縫設計時，在確保構件能夠滿足承載要求的基礎上，焊縫設計的尺寸越小越好，以提高焊接質量，減小焊接變形。

（2）焊縫數量。焊縫數量對焊接變形的影響顯而易見，焊縫越少對焊接變形越有利，這就要求設計時盡可能在滿足要求的條件下，優化焊縫數量，避免不必要的焊縫，從而控制焊接變形。

（3）焊縫位置。焊縫位置設計得合理，可有效減少梁和柱等結構的變形，設計時應盡量將焊縫布置在中性軸附近。

2.3 改善工藝措施

（1）焊接前措施。在焊接之前能夠采取的措施主要就是預防變形。首先，對于焊接變形做一個預測，然后在對待焊接對象裝配時，做一個大小相同，但是方向相反的形狀，如此在進行焊接時就會與將要產生的變形相互抵消。在焊接對象為平面結構時，為了防止出現拉伸導致的變形，在焊接之前可以使薄板留有一些張力或者是熱膨脹，在焊接之后再去除外力，可以有效的降低變形。此外，還可以通過剛性固定來防止變形，在焊接之前，利用夾具將焊接對象進行剛性固定，從而防止其出現角變形或者彎曲變形。

（2）焊接過程措施?？刂坪附訁?、有效選擇焊接順序、加熱、碾壓、激冷等方法可實現對焊接變形的控制。激冷方法也是控制焊接變形非常有效的工藝方法，隨焊激冷能夠顯著降低焊接殘余應力，減小焊接變形。在焊接時，尤其是在多道焊接過程中，焊接順序的選擇對殘余應力和焊接變形的影響較大，采用不同的焊接順序，可以改變殘余應力的分布規律。

（3）焊接后措施。在焊接程序完成以后，焊接變形已經成為既成事實，所以此時只能對其進行矯正。矯正方法有兩種，一種是對構件進行整體或者局部加熱，當溫度達到鍛造溫度時再矯正。另一種方法是機械矯正，主要是利用靜力加壓、焊縫滾壓或者是錘擊等方式，對構件實施機械壓力，與變形方向產生一個反向力，從而實現變形矯正。

3 結束語

焊接變形是影響焊接質量的重要因素，所以要對影響焊接變形的原因進行分析，從而制定出相應的控制措施，最大程度的減少焊接變形的出現。通過上文的分析可以知道，影響焊接變形的因素比較復雜，并且每種控制措施都有其自身的局限性，所以在實際應用的過程中，就應該根據實際情況，選擇適宜的控制方法。隨著科學技術的快速發展，焊接技術水平會不斷的提升，焊接變形也會得到有效的控制，這還需要我們共同的努力，為焊接工藝的發展貢獻更大的力量。

參考文獻

[1]周晶，常保華，張驊，等.采用固有應變法預測鋁合金焊接變形[J].焊接技術，2010，6.

[2]曾曉虹，向凱，宋瑞艷.焊接應力和焊接變形控制[J].石油化工設備，2009，3.

[3]李曉明，孫德偉.焊接結構件焊接變形的控制[J].鐵道車輛，2010，5.