焊接變形的影響因素與控制措施探究

苗利龍

摘 要：作為一種重要的工業(yè)制造手段，焊接在我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程當(dāng)中發(fā)揮了十分重要的作用，是各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)件安裝和加工的基礎(chǔ)方法。由于焊接是在金屬局部進(jìn)行加熱和冷卻，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中由于加熱或者冷卻不均勻，很容易導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，對(duì)結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，甚至埋下安全隱患。因此焊接變形成為企業(yè)加工和生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中亟待解決的課題。文章闡述了焊接變形的基本原理，分析了導(dǎo)致焊接變形的原因，在此基礎(chǔ)之上有針對(duì)性的提出預(yù)防和控制焊接變形的措施。

關(guān)鍵詞：焊接變形；影響因素；控制措施

雖然很多因素都有可能造成焊接變形，但是焊接應(yīng)力是導(dǎo)致焊接變形的最主要因素。焊接過(guò)程是對(duì)金屬進(jìn)行局部加熱和冷卻的過(guò)程，各個(gè)部件在加熱和冷卻的過(guò)程當(dāng)中是不均勻的，金屬在受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹，在冷卻時(shí)發(fā)生收縮也是不均勻的，各個(gè)部件之間就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，相互制約，最終導(dǎo)致金屬構(gòu)件發(fā)生形變。在實(shí)際焊接過(guò)程當(dāng)中，由于焊縫的材料和基材不一致，二者的收縮力度存在差異，在冷卻過(guò)程當(dāng)中，焊縫材料和基材之間如果產(chǎn)生拉應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致焊接部位變薄，而當(dāng)焊接金屬的屈服應(yīng)力集中釋放時(shí)，則會(huì)形成焊接永久變形的產(chǎn)生。

一、焊接變形的常見類型

（一）角變形

角變形大多出現(xiàn)在丁字接頭、對(duì)接、搭接以及堆焊焊接時(shí)，主要原因是橫向收縮變形在厚度方向上分布不均勻。板的剛度以及構(gòu)件的壓縮塑性變形的大小和分布情況直接影響角變形的大小。這是因?yàn)榫€能量的進(jìn)一步提高，使得板背面的溫度隨著提高，正反兩面的塑性變形量的差值可能降低，所以角變形反而減少。對(duì)于同樣的板厚和坡口形式，多層焊比單層焊角變形大，焊接層數(shù)越多，角變形越大。

（二）橫向收縮變形及其產(chǎn)生的撓曲變形

焊接線能量越高，橫向收縮量越大，板厚越大，橫向收縮量越小，因此焊接線能量和板厚直接影響橫向變形的大小。由于焊接的先后順序，后焊的焊縫會(huì)受到先焊焊縫的橫向收縮的擠壓作用，從而導(dǎo)致更大的橫向壓縮變形，焊縫的橫向收縮沿著焊接方向是由小到大逐漸增長(zhǎng)，一定程度后趨于穩(wěn)定。因此橫向變形沿焊縫長(zhǎng)度上的分布是不均勻的。

（三）縱向收縮變形以及由它所引起的撓曲變形

壓縮塑性變形的大小直接影響縱向收縮變形的大小，而焊接參數(shù)、焊接方法、焊接順序以及材料的熱物理參量直接影響壓縮塑性變形。一般情況下，焊接線能量越大，縱向收縮變形越大，焊縫在構(gòu)件中的位置不對(duì)稱時(shí)，焊縫引起的應(yīng)力就是不均勻的，這樣它不但使構(gòu)件縮短，同時(shí)還使構(gòu)件彎曲，產(chǎn)生撓曲變形。

二、焊接變形的原因

焊接變形直接影響產(chǎn)品的外觀，當(dāng)焊接變形量超出一定的限度時(shí)，就有可能導(dǎo)致構(gòu)件報(bào)廢，甚至釀成安全事故，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。只有對(duì)焊接變形的原因進(jìn)行分析，才能找出對(duì)應(yīng)的方法來(lái)預(yù)防和可控制。在現(xiàn)有焊接技術(shù)條件下，造成焊接變形的原因很多，主要包括以下幾個(gè)方面：

1）焊接應(yīng)力。焊接應(yīng)力是產(chǎn)生焊接變形的根本所在。在焊接過(guò)程當(dāng)中，尤其是一些大型、復(fù)雜構(gòu)件的焊接，由于存在復(fù)雜的焊縫，每條焊縫所產(chǎn)生的應(yīng)力的方向和大小十分負(fù)責(zé)，很難進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。在焊接過(guò)程當(dāng)中，冷熱的不均勻，造成焊縫膨脹和收縮的不均勻，導(dǎo)致復(fù)雜的焊接應(yīng)力，最終出現(xiàn)焊接變形。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。焊接變形的一個(gè)主要原因是結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)不合理，這在一些大型結(jié)構(gòu)件當(dāng)中比較常見。在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中沒(méi)有充分考慮焊縫的科學(xué)性，焊縫數(shù)量多、位置不正確以及截面積過(guò)大，這些都會(huì)使焊縫過(guò)于復(fù)雜，加大焊接變形的風(fēng)險(xiǎn)。

3）工藝制定不合理。焊接工藝的高低直接影響結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量和效果，尤其對(duì)于大型結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，由于設(shè)計(jì)復(fù)雜、技術(shù)要求高，對(duì)于焊接工藝各個(gè)環(huán)節(jié)都有著十分嚴(yán)格的要求。如果焊接工藝流程制定不夠科學(xué)合理，如焊接設(shè)備的選擇、焊接參數(shù)的選定、焊接順序的制定、工裝夾具的選用等，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都有可能造成焊接變形的發(fā)生。

三、焊接變形的控制錯(cuò)施

焊接構(gòu)件質(zhì)量的高低直接收到焊接技術(shù)的影響，焊接變形不僅影響焊接構(gòu)建的外觀，更是直接影響質(zhì)量，因此，在實(shí)際焊接施工過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)該樹立高度的責(zé)任感，充分采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，對(duì)焊接變形進(jìn)行有效的預(yù)防和控制，盡可能的減少焊接殘余變形，從而有效的提高焊接的質(zhì)量。

1）焊縫的尺寸和形式要合理地選擇。焊接變形大小在很大程度上受到焊縫大小的影響。因此，在保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，參照構(gòu)建板厚度，將焊縫尺寸盡可能的縮小。焊縫金屬量的大小直接受到焊縫坡口形式的影響，因此為了減少焊接過(guò)程當(dāng)中發(fā)生的變形，應(yīng)該盡可能的選擇焊縫金屬少的坡口形式。

2）減少焊縫數(shù)量，合理安排位置。為了減少焊接變形，在焊接過(guò)程當(dāng)中應(yīng)該適當(dāng)增加加強(qiáng)筋的數(shù)量，同時(shí)還可以采用拼接的焊接方式。為了提高構(gòu)件的穩(wěn)定比和剛性，可以采取壓型等加工手段。為了方式梁、柱等結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程當(dāng)中可能發(fā)生的形變，在焊接設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中應(yīng)該盡可能的使焊縫接近于中性軸。

3）合理地選擇焊接方法和規(guī)范。焊線能量的高低直接會(huì)影響焊接變形程度。因此在焊接的過(guò)程當(dāng)中應(yīng)該盡可能的降低焊接線能量，從而方式焊接變形。為了防止不對(duì)稱的焊縫影響整體結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行大件焊接的過(guò)程當(dāng)中，可以采用分步焊接的方式，將結(jié)構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆纸猓詈髮⒑附雍玫牟考春赋梢粋€(gè)整體，從而最大限度的防止焊接變形的發(fā)生。

四、結(jié)語(yǔ)

焊接變形的產(chǎn)生和發(fā)展本身成因十分復(fù)雜，尤其在大型構(gòu)建的焊接過(guò)程當(dāng)中，由于自身質(zhì)量、尺寸以及設(shè)計(jì)等方面的因素，使得大型構(gòu)建的焊接變形控制十分困難，只有降低產(chǎn)品的報(bào)廢率，才能提高產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，因此控制大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形就顯得更為重要。首先我們應(yīng)該從思想上樹立高度的責(zé)任感，杜絕人為原因?qū)е碌暮附幼冃危浯尉褪遣粩鄬W(xué)習(xí)先進(jìn)的焊接技術(shù)，更新自身的知識(shí)儲(chǔ)備，提高焊接質(zhì)量。最后，積極引進(jìn)先進(jìn)的焊接工藝和設(shè)備，為焊接作業(yè)提供良好的設(shè)備支持。

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