薄板焊接變形的控制與矯正研究

夏景攀

（河南工業技師學院，河南 鄭州 450007）

薄板焊接變形的控制與矯正研究

夏景攀

（河南工業技師學院，河南 鄭州 450007）

薄板焊接是指厚度不大于4mm的金屬板材的焊接，包括碳鋼鋼板、不銹鋼板、鍍鋅板、白鐵皮、鋁合金板的焊接等，薄板焊接最容易出現的就是焊接變形。文章主要討論薄板焊接產生變形的原因，在此基礎上研究變形控制與矯正的方法。

薄板焊接；焊接變形；矯正

1 薄板焊接變形的種類和原因

1.1 薄板焊接變形的種類

在焊接結構件的變形中，主要分為整體變形和局部變形。整體變形主要包括縱向和橫向收縮（總尺寸縮短），彎曲變形（中拱、中垂）和扭曲變形等，在這個變形過程中，焊件的整體尺寸或形狀發生的變化。局部變形主要包括角變形和波浪變形等，而這個變形過程只出現在局部。

1.2 焊接變形產生的原因

電弧焊是常見的熔化焊方法，在焊接過程中會出現加熱和冷卻不均勻的現象，對于薄板來說，在焊接過程中及焊后，都將產生變形，而焊接過程中的熱變形和焊接構件的剛性條件是影響焊接變形最根本的因素，熱變形受到了焊件的剛性約束，產生壓縮塑性變形，從而形成了焊接殘余變形。

（1）影響焊接熱變形的因素。影響焊接熱變形的因素有很多，包括焊接方法及工藝、焊接參數、焊道層數、施工方法、母材性能等。

焊接的方法有很多，不同的焊接方法和焊接工藝產生的溫度場不同，形成的熱變形也不同。一般來說，手工焊比自動焊的變形大，因為手工焊加熱不集中，受熱區較寬，所有變形較大。在CO2氣體保護焊中，由于其焊絲細，電流密度大，加熱更集中，變形更小。焊接參數包括焊接電流、電弧電壓和焊接速度。線能量越大，焊接變形越大。焊接變形隨焊接電流和電弧電壓的增大而增大，隨焊接速度增大而減小。其中，電弧電壓的作用明顯，因此低電壓高速大電流密度的自動焊變形較小。在焊接過程中，焊道層數越多，斷面尺寸越大，焊接變形越大。不同的焊接施工方法產生的變形大小也不同。連續焊、斷續焊的溫度場不同，產生的熱變形也不同。通常連續焊變形較大，斷續焊變形最小。不同的焊接母材，導熱系數、比熱和膨脹系數等均不同，產生的熱變形也不同，焊接變形也不同。

（2）影響焊件剛性系數的因素。影響焊件剛性系數的因素主要包括焊件的尺寸大小、夾具的應用、焊接裝配的順序等。隨著焊件的尺寸變大，剛性的增加，焊接變形越小。同時，采用一些固定夾具，可以增加焊件的剛性，從而減少焊接變形。而裝配焊接順序能引起焊件在不同裝配階段剛性的變化和重心位置的改變，對控制焊件的焊接變形有很大的影響。一般來說，焊件在拘束小的條件下，焊接變形大，反之，則變形小。

2 薄板焊接變形的控制

（1）控制變形的原則。焊接過程所產生的焊接殘余變形是不可避免的，是無法完全消除的，只能在結構設計和焊接施工方面采取措施進行控制。在結構設計上除了要滿足構件的強度和使用性能外，還要降低焊接變形和勞動強度。因此優化板縫布置尤為重要，設計圖紙中的板縫布置往往對工藝性考慮不周，容易引起焊接變形。

（2）控制變形的方法。為了控制構件焊接變形，應盡可能采取有效措施，包括以下4個方面：①對每一條主要焊縫，盡可能選擇小的焊腳尺寸和短的焊縫；②避免焊縫過分集中和交叉布置；盡可能采用寬而長的鋼板或能減少焊縫數量的結構形式；③將構件分為若干小部件與構件分段，使焊接變形分散在各個部件上，便于構件變形的控制與矯正；④使各部件焊縫的布置與構件分段截面中性軸對稱或接近截面中性軸，避免焊接后產生扭曲和過大的彎曲變形等。

焊接工藝是鋼結構施工中的重要工藝之一。合理的焊接工藝是減少焊接變形，減少應力集中的有效方法。控制薄板焊接變形的工藝方法有以下3個方面：①盡可能合理運用剛性固定法，反變形法；②采用自動焊和其它氣體保護焊工藝；如最先進的Ar+CO2混合氣體MAG保護焊；③合理選擇焊接規范參數和裝配焊接順序。減少焊絲供給量，降低電流、電壓,改變極性。先焊短焊縫后焊長焊縫，采取分段退焊，由內向外依次進行。

3 薄板焊接變形的矯正措施

由于焊接變形的產生是不可避免的，因此，對出現超出設計要求的局部焊接變形（包括角變形、彎曲變形、波浪變形等），要采取必要的矯正措施。對于構件結構的整體變形如縱向和橫向收縮（總尺寸縮短）只能通過下料或裝配時預放余量來補償。薄板焊接變形的矯正措施主要有機械矯正和火焰矯正兩種方法。

機械矯正法主要用于塑性良好的材料，在矯正過程中容易引起金屬冷作硬化，降低材料的塑性變形的能力，需要大型的矯正設備才能完成。

火焰矯正法要適當控制火焰加熱的溫度，溫度過高材料機械性能降低，溫度過低使矯正效率降低。在矯正冷卻后，焊接構件這部分金屬獲得不可逆的壓縮塑性變形，使整個焊接構件變形得到矯正。

在矯正過程中，冷卻速度對矯正效果產生的影響不大，所有在施工過程中，為了提高工作效率和矯正效果，多采用邊加熱邊噴水冷卻的方法。

4 結語

綜上所述，薄板件在焊接生產制造過程中，焊接的變形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施控制焊接變形，并對超出公差要求的焊接變形進行矯正，既要滿足鋼結構質量要求，又要滿足經濟性要求。

［1］黃石生.新型弧焊電源及其智能控制［M］.北京：機械工業出版社，2000.

［2］陳志華.鋼結構原理［M］.武漢：華中科技大學出版社，2007.

［3］邵東衛.壓力容器焊接變形的控制與矯正［J］.山東工業技術，2015，（12）：16.

Study on Control and Correction of Welding Deformation of Thin Plate

XIA Jing-pan
（Henan Industrial Technician College，Zhengzhou，Henan 450007，China）

Sheet welding is the thickness of not more than 4mm of metal plate welding,including carbon steel plate，stainless steel plate，galvanized sheet，white metal，aluminum alloy plate welding，thin plate welding is the most prone to welding deformation.This paper mainly discusses the causes of the deformation of the thin plate welding，and studies the method of deformation control and correction.

thin plate welding；welding deformation；correction

TG457.5

A

2095-980X（2017）02-0028-01

2017-02-13

夏景攀（1981-），男，河南孟津人，大學本科，講師，主要研究方向：機電技術教育教學。