關于不銹鋼焊接應力與變形控制分析

李偉達

摘要：隨著現代科技的發展，不銹鋼新型材料在社會建設中應用的范圍越來越廣泛。但基于不銹鋼焊接技術等方面的因素，使得不銹鋼在焊接過程中出現焊接應力控制不好出現變形等情況，對不銹鋼焊接件的質量造成了一定的影響。本文筆者就如何有效控制不銹鋼焊接應力和變形的措施進行了較為詳盡的分析和闡述。

關鍵詞：不銹鋼；焊接應力；變形控制；措施

隨著社會經濟的發展，不銹鋼作為新型材料在國內各大產業中的應用越發廣泛，比如重型加工設備制造產業，航空航天產業中重要的、比較復雜的部件通常都是由不銹鋼構成。所以如何控制不銹鋼焊接應力及焊接過程中產生的變形，提升不銹鋼焊接質量是我們需要研究的重要問題。一般而言，不銹鋼的焊接工藝過程其實就是對不銹鋼焊接件局部加熱然后再冷卻的過程。就目前的不銹鋼焊接工藝技術而言，在不銹鋼件焊接過程中經常會因不銹鋼焊接受熱不均導致焊件發生不均勻膨脹和收縮，進而焊件內部產生焊接應力和變形。常見的焊接應力主要有橫向應力、縱向應力以及厚度方向應力等。焊接變形有橫向收縮變形、縱向收縮變形、波浪變形、扭曲變形、彎曲變形和角變形等。不銹鋼部件在焊接過程中存在的惡這些焊接應力和變形對不銹鋼產品質量造成的影響較大，應引起注意。下文筆者就如何控制不銹鋼焊接應力及變形提出了一些可行性措施，望能夠對提高不銹鋼焊接質量有一定的參考價值。

1.控制不銹鋼焊接應力的方法和措施

當前多數的不銹鋼構件行業比較重視不銹鋼焊接件的變形問題，而往往忽視不銹鋼構件的殘余應力問題。部分企業在控制不銹鋼構件焊接變形方面通常采用在不銹鋼焊接過程中加設卡具或者支撐等方式來提高構件剛性來控制變形，雖然不銹鋼構件焊接變形問題得到了一定程度的控制，但也增加了不銹鋼焊接應力。如果不銹鋼焊接件自身的剛性較大時，會因不銹鋼內應力變大導致構件出現裂紋或裂縫。因此如何控制不銹鋼焊接應力是提高不銹鋼焊接件質量的關鍵。

目前比較常用的不銹鋼焊接應力控制方法主要有以下幾種：對鋼材強度級別高、焊接點復雜、焊接面積大、焊接拘束力大的不銹鋼構件的焊接，一般采用錘擊法或者拋丸機除銹的方法來減少殘余應力。通過減少焊接層高度和尺寸、降低焊接剛度、合理安排焊接順序以及減小焊接拘束等方法來最終降低峰值，實現焊接應力均勻分布。

錘擊法減少焊接殘余應力是指每層焊道焊接完畢后，利用電動錘工具快速地敲打焊接不銹鋼件達到不銹鋼焊接件產生的塑性變形能夠抵消焊縫冷卻后所產生的拉應力?？捎行Х乐购缚p冷卻后所產生的拉應力過大造成焊接縫處出現裂縫或者裂紋等質量問題。

拋丸機除銹法指的是利用鋼丸對不銹鋼焊接件的均勻敲打來抵消不銹鋼焊接件的焊接應力；降低不銹鋼焊接剛度的主要目的是為了保證焊接件能夠自由收縮；在不銹鋼焊接過程中，對于那些焊接縫較多的焊接件，應根據焊接工藝要求合理安排焊接順序。進而按照焊接件的形狀和焊縫位置逐一進行焊接；一般是先焊接拘束度比較大且不能自由收縮的焊縫，繼而焊接拘束度比較小且能夠自由收縮的焊縫；先焊接收縮量比較大焊縫，繼而焊收縮量比較小焊縫，這是因為拘束度越大的焊縫，其焊接應力也越大，在焊接時應結合實際情況盡可能少地采用剛性固定方法控制應力變形，避免出現焊接拘束度變大，應力增大等問題。

2.控制不銹鋼焊接變形的方法和措施

影響不銹鋼焊接變形的主要因素有：焊接熱輸入大小、焊縫截面積大小、焊接形式、焊接方法以及焊接層數等。

焊縫截面積指的是融合線范圍內的金屬面積，焊縫截面積大小對焊接縱、橫向以及角變形影響最大。焊縫在冷卻過程中產生的塑性變形量同焊接縫面積成正比，即焊接縫面積越大，焊接縫塑性變形越大；在焊接方法、焊縫截面積以及焊接熱輸入大小相同的條件下，不銹鋼焊接件的接頭形式不同，對接焊、角焊以及堆焊對焊接橫向、軸向、角變形、彎曲變形的影響也不相同。對接接頭如果是采用單層焊方式，板厚上部下部收縮量差別、坡口角度以及焊縫橫向收縮都會增大，極易出現焊接角出現變形現象；對接接頭采用雙層焊方式，板厚上下收縮量差別較小，坡口角度以及焊縫橫向收縮、角變形也會減?。?/p>

通過上文所述影響不銹鋼焊接變形的因素，可通過以下方法和措施進行變形控制。在不銹鋼焊接設計時，盡可能地減小焊縫尺寸和焊縫數量；保證焊縫同不銹鋼焊接件同構件的中軸線對稱，且焊接縫位置盡可能地靠近構件中軸線和避免焊縫過度集中分布；當不銹鋼構件焊接縫較多時應科學合理地安排焊接順序，對于那些長構件的扭曲，可通過提高構件組裝精度以及鋼板平整度等方式校準間隙和坡口角度；為能夠保證腹板翼板縱向變形、焊縫角度變形與構件長度方向一致，應在保證電弧指向或對中準確的基礎上采用構件預留長度法來補償焊縫縱向收縮變形；采用焊前反變形方法來控制焊后的角變形；采用開坡口角對接焊縫來應對型接頭板厚較大問題；當雙面都能夠焊接操作時， 可采用雙面對稱坡口；當采用多層焊時， 可采用與構件中和軸對稱的焊接順序；優先采用熱輸入量比較小的二保焊焊接方法，這樣才有效減少焊接面積，保證焊縫完整性。

3.結語

總而言之，在不銹鋼構件焊接過程中，焊接應力和變形是影響不銹鋼構件焊接質量的主要因素。為了能夠提高不銹鋼構件的焊接質量，保證不銹鋼構件在應用過程中功能性能夠穩定發揮，需要在不銹鋼構件焊接過程中認真分析研究不銹鋼焊接應力和變形問題產生的根本原因，進而針對各種導致焊接應力與變形采取措施，最大限度地降低或者消除不銹鋼構件焊接后的殘余應力和各種變形。

參考文獻：

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