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制造手段，焊接在我國工業化進程當中發揮了十分重要的作用，是各種復雜結構件安裝和加工的基礎方法。由于焊接是在金屬局部進行加熱和冷卻，在這個過程當中由于加熱或者冷卻不均勻，很容易導致焊接結構產生變形，對結構件的質量產生不良影響，甚至埋下安全隱患。因此焊接變形成為企業加工和生產過程當中亟待解決的課題。文章闡述了焊接變形的基本原理，分析了導致焊接變形的原因，在此基礎之上有針對性的提出預防和控制焊接變形的措施。

關鍵詞：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，但是焊接應力是導致焊接變形的最主要因素。焊接過程是對金屬進行局部加熱和冷卻的過程，各個部件在加熱和冷卻的過程當中是不均勻的，金屬在受熱時產生膨脹，在冷卻時發生收縮也是不均勻的，各個部件之間就會產生應力，相互制約，最終導致金屬構件發生形變。在實際焊接過程當中，由于焊縫的材料和基材不一致，二者的收縮力度存在差異，在冷卻過程當中，焊縫材料和基材之間如果產生拉應力，會導致焊接部位變薄，而當焊接金屬的屈服應力集中釋放時，則會形成焊接永久變形的產生。

一、焊接變形的常見類型

（一）角變形

角變形大多出現在丁字接頭、對接、搭接以及堆焊焊接時，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。這是因為線能量的進一步提高，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，焊接層數越多，角變形越大。

（二）橫向收縮變形及其產生的撓曲變形

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，后焊的焊縫會受到先焊焊縫的橫向收縮的擠壓作用，從而導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，一定程度后趨于穩定。因此橫向變形沿焊縫長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、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，焊縫在構件中的位置不對稱時，焊縫引起的應力就是不均勻的，這樣它不但使構件縮短，同時還使構件彎曲，產生撓曲變形。

二、焊接變形的原因

焊接變形直接影響產品的外觀，當焊接變形量超出一定的限度時，就有可能導致構件報廢，甚至釀成安全事故，帶來巨大的經濟損失。只有對焊接變形的原因進行分析，才能找出對應的方法來預防和可控制。在現有焊接技術條件下，造成焊接變形的原因很多，主要包括以下幾個方面：

1）焊接應力。焊接應力是產生焊接變形的根本所在。在焊接過程當中，尤其是一些大型、復雜構件的焊接，由于存在復雜的焊縫，每條焊縫所產生的應力的方向和大小十分負責，很難進行準確的預測。在焊接過程當中，冷熱的不均勻，造成焊縫膨脹和收縮的不均勻，導致復雜的焊接應力，最終出現焊接變形。

2）結構設計不合理。焊接變形的一個主要原因是結構件設計不合理，這在一些大型結構件當中比較常見。在設計過程當中沒有充分考慮焊縫的科學性，焊縫數量多、位置不正確以及截面積過大，這些都會使焊縫過于復雜，加大焊接變形的風險。

3）工藝制定不合理。焊接工藝的高低直接影響結構件的焊接質量和效果，尤其對于大型結構件來說，由于設計復雜、技術要求高，對于焊接工藝各個環節都有著十分嚴格的要求。如果焊接工藝流程制定不夠科學合理，如焊接設備的選擇、焊接參數的選定、焊接順序的制定、工裝夾具的選用等，任何一個環節出現問題，都有可能造成焊接變形的發生。

三、焊接變形的控制錯施

焊接構件質量的高低直接收到焊接技術的影響，焊接變形不僅影響焊接構建的外觀，更是直接影響質量，因此，在實際焊接施工過程當中，應該樹立高度的責任感，充分采用先進的科學技術，對焊接變形進行有效的預防和控制，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，在保證焊接質量的基礎之上，參照構建板厚度，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程當中發生的變形，應該盡可能的選擇焊縫金屬少的坡口形式。

2）減少焊縫數量，合理安排位置。為了減少焊接變形，在焊接過程當中應該適當增加加強筋的數量，同時還可以采用拼接的焊接方式。為了提高構件的穩定比和剛性，可以采取壓型等加工手段。為了方式梁、柱等結構在焊接過程當中可能發生的形變，在焊接設計的過程當中應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范。焊線能量的高低直接會影響焊接變形程度。因此在焊接的過程當中應該盡可能的降低焊接線能量，從而方式焊接變形。為了防止不對稱的焊縫影響整體結構，在進行大件焊接的過程當中，可以采用分步焊接的方式，將結構件進行適當的分解，最后將焊接好的部件拼焊成一個整體，從而最大限度的防止焊接變形的發生。

四、結語

焊接變形的產生和發展本身成因十分復雜，尤其在大型構建的焊接過程當中，由于自身質量、尺寸以及設計等方面的因素，使得大型構建的焊接變形控制十分困難，只有降低產品的報廢率，才能提高產品生產的經濟性，因此控制大型結構件的焊接變形就顯得更為重要。首先我們應該從思想上樹立高度的責任感，杜絕人為原因導致的焊接變形，其次就是不斷學習先進的焊接技術，更新自身的知識儲備，提高焊接質量。最后，積極引進先進的焊接工藝和設備，為焊接作業提供良好的設備支持。

參考文獻：

[1] 熊大勝.減少大型焊接結構件變形的措施[J].金屬加工（熱加工）.2010（02）.

[2] 李曉明，孫德偉.焊接結構件焊接變形的控制[J].鐵道車輛.2010（05）.

[3] 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（02）.

[4] 何平，陳乃超.大型結構件焊接變形控制技術的數據庫[J].工程機械與維修.2009（04）.