淺析焊接變形的影響因素與控制

吳天笑

摘 要：在當前的工業(yè)生產(chǎn)中，焊接是其中非常重要的一種技術(shù)，其對工業(yè)生產(chǎn)的效率具有很大的影響。而在實施焊接的過程中，又存在許多因素會對焊接的質(zhì)量造成影響，如果發(fā)生焊接變形，不但會影響到焊接的最終質(zhì)量，還會給企業(yè)效益造成損失。文章就焊接變形的影響因素與控制展開研究，希望能為焊接質(zhì)量的提高提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：焊接變形；影響因素；控制

中圖分類號：TG404 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0068-02

隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，焊接技術(shù)變的越來越重要。因為焊接有著其他技術(shù)所不具備的優(yōu)勢，且使用方便，成本不高，所以焊接技術(shù)就得到了人們的較高關(guān)注。然而，焊接自身的技術(shù)特點，又使得其易于出現(xiàn)變形。在焊接技術(shù)中，它是一種難以避免的缺陷。一旦發(fā)生焊接變形，就會給焊接質(zhì)量造成一定的影響，特別是對焊接構(gòu)件的特性、安全性都會產(chǎn)生影響，比如：會在接頭處形成冷、熱裂紋，進而限制了焊接構(gòu)件性能的實現(xiàn)，降低生產(chǎn)效率，擴大運行成本。科學的設計焊接工藝，準確的應用焊接方法，是對焊接變形進行有效控制的重要措施。因此，為了對焊接變形進行控制，需要仔細了解焊接構(gòu)件的各種性能，并結(jié)合實際需要，制訂科學的焊接工藝，防止發(fā)生焊接變形。

1 焊接變形的影響因素

焊接變形，一般是指鋼質(zhì)構(gòu)件在焊接時，因為施焊電弧的高溫而造成的變形，以及完成焊接后在其中出現(xiàn)的殘余變形。其中，后一種對焊接質(zhì)量的影響要更加嚴重，也會造成更大的破壞。它對構(gòu)件各個層面的影響又包括兩種：整體以及局部變形；按照變形的各自特點又包括：角、彎曲、收縮等變形。在其中，角變形等是局部變形，而剩余的幾種則是整體變形。而當前出現(xiàn)較多的要數(shù)后者。

研究發(fā)現(xiàn)，焊接變形的形成，更多的是由多個原因共同作用引發(fā)的，而多數(shù)情況是在焊接階段，因為局地存在不均衡的熱輸入，就會引發(fā)變形。一般來說，焊接變形存在以下兩種類型：首先，是在焊接階段發(fā)生的瞬態(tài)熱變形；其次，是在常溫情況下發(fā)生的殘余變形。雖然焊接變形會遭受多個因素的影響，但總結(jié)起來可概括為：材料、結(jié)構(gòu)、工藝等三個方面。而只有真正的掌握各項影響因素，才能加強對其的控制。

1.1 材料方面

對于材料方面來說，主要是其本身的熱物理特性以及力學特性會對焊接變形造成一定影響，由于在對相應材料進行焊接時，其自帶的各項特性對加熱的耐受能力或者接受的限度，都會影響到焊接的結(jié)果。從材料的熱物理特性上來說，其熱傳導因子越低，會產(chǎn)生的溫度改變就會越大，進而提升焊接變形的概率。而從材料的力學特性上來說，則要更加麻煩一些，涉及到熱膨脹特性、彈性模量等多個方面。當其熱膨脹因子升高時，對變形產(chǎn)生的影響也就越強烈，它也是產(chǎn)生焊接變形的最大原因。彈性模量則與之相反，模量越大時，產(chǎn)生焊接變形的概率反而會越低。在屈服極限提升時，就會給焊接變形階段帶來一定的殘余應力，再加上相應應力較大，所屬材料發(fā)生變形的儲存應力提升，就非常容易引發(fā)材料的脆性裂變。此外，塑性應變的降低，會減少焊接變形的發(fā)生。

1.2 結(jié)構(gòu)方面

在開始焊接之前，需要對各種變形原因進行整體上的考慮，也要將材料特性與實際情況結(jié)合起來考慮，以開展科學合理的結(jié)構(gòu)研究，從而減少焊接變形的發(fā)生。而結(jié)構(gòu)方面也是對焊接變形產(chǎn)生影響的一類關(guān)鍵因素，大多數(shù)時候，為了減少變形的發(fā)生，會應用到加強板或者加強筋等措施，以實現(xiàn)一定的保護效果。只要對結(jié)構(gòu)增強約束，焊接階段的殘余應力也就會隨之提升，進而減少焊接變形發(fā)生的概率。不過，在實際情況下，因為材料本身的結(jié)構(gòu)性能不可能一成不變，再有外界條件的干擾，就會造成結(jié)構(gòu)特性變得異常復雜。因此，在實際情況下，為了從材料的結(jié)構(gòu)方面減少焊接變形的發(fā)生，而應用到加強板等措施，就要準確的計量相關(guān)尺寸大小，從而實現(xiàn)對焊接變形的控制。

1.3 工藝方面

可以說，工藝方面的因素會直接影響到焊接變形的發(fā)生，畢竟各項操作都是在工藝流程下開展的，應用什么樣的焊接手法、順序等都會對焊接變形造成極大地影響，而這許多工序就被稱作焊接工藝。特別是焊接順序，會對焊接變形造成最為明顯的影響，不一樣的順序?qū)Σ牧蠚堄鄳Φ漠a(chǎn)生存在很大差別，在分布情況上也有極大的不同。此外，還要考慮到工藝參數(shù)，必須對焊接階段的所有計量參數(shù)進行認真的分析，進而提出易用的焊接工藝，減少焊接變形的發(fā)生。

2 焊接變形的控制

通過以上分析可知，對于焊接變形產(chǎn)生影響的因素主要包括三個方面：材料、結(jié)構(gòu)、工藝等。所以說，要對其加以控制，也就要從以上三個方面著手。下面就從材料的選取、合理的結(jié)構(gòu)設計、工藝措施的改進等方面展開研究。而且這幾個方面也是互相影響的。

2.1 對于材料的選取

首先要做的是選取合適的材料。我們要注意到，材料本身所擁有的特性會對焊接變形產(chǎn)生極為關(guān)鍵的影響，因此在選取材料時，要從熱物理特性以及力學特性等方面進行整體上的考慮。一般來說，要選取熱傳導因子較高的材料，如此材料的溫度改變會較低一些，有助于減少焊接變形。從力學特性上來說，要選取熱膨脹因子以及彈性模量較低的材料。不過，在實際情況下，材料所擁有的特性都具有相應的限定，因此對于材料的選取也要做到平衡，實際上從材料的選取上對焊接變形進行有效控制難度相當大。在這樣的情況下，就要考慮按照材料的特性來科學的選擇結(jié)構(gòu)設計及工藝措施，以此來實現(xiàn)焊接變形的控制。

2.2 合理的結(jié)構(gòu)設計

一是，對焊縫的設計要做到科學合理。在設計的過程中，對于焊縫的設計要盡量地使其與截面中性軸相對，或者相近，這樣就能明顯的降低柱、梁等出現(xiàn)變形的概率。

二是，去除某些不必要的焊縫。在設計的過程中，對于筋板的外形要做到合理設計并考慮到整體上的設計，盡可能的去除不必要的焊縫，從而降低焊接變形發(fā)生的可能。

三是，還要科學的設計焊接的方式及其尺寸。焊接的尺寸會對焊接變形產(chǎn)生重要影響，與工作量也有一定的關(guān)系。假如焊縫的尺寸過大，變形以及工作量也會隨之變大，因此，在保證構(gòu)件質(zhì)量的同時，在設計上盡可能的選取尺寸較小的焊縫。實踐表明，十字以及丁字接頭的受力相對大一些，在保證質(zhì)量的同時，能夠選取開坡口的焊縫，更加有助于降低變形的發(fā)生。

2.3 工藝措施的改進

工藝措施，指的是在焊接過程中所應用到的各項措施，主要包括焊前的預防、焊接過程中的控制以及焊后矯正等。在實際情況下，焊接的流程也許會有更為標準的劃分方式。所以，本文所給出的僅是考慮到焊接的某一特定環(huán)節(jié)而言的。

一是，焊前的預防。對于焊接之前來說，所能采用的應對措施主要就是預防。首先，對于可能的變形給出一個預估，接著在進行焊接時，做出一個與之相一致，但方向相反的設計，這樣就能與可能發(fā)生的變形互相消除。在焊接構(gòu)件是平面形狀時，為了避免發(fā)生拉伸引發(fā)的變形，在這之前能夠使其留存部分張力或者其他應力，在后續(xù)過程中再加以去除，就能明顯的減少變形。而且，還能夠借助于剛性加固來避免變形，應用夾具將其固定起來，能夠有效避免角或者彎曲變形等的發(fā)生。

二是，焊接過程中的控制。在這一環(huán)節(jié)，主要是通過控制焊接系數(shù)、焊接流程等措施來對焊接變形進行有效的控制。此外，激冷措施也能夠方便的控制變形的發(fā)生，隨焊激冷的使用可以有效地減少殘余應力，降低變形。在焊接的過程中，特別是進行復雜的焊接時，焊接流程的選用對焊接變形的影響也是非常大的，使用不一樣的流程，能夠有效地轉(zhuǎn)移殘余應力的分布情況。

三是，焊后矯正。在整體上完成焊接之后，變形就會變成難以改變的現(xiàn)實，因此，這時候就要采取必要措施對其加以矯正。可用的措施包括以下兩類，一類是對配件進行整體上的或者局部地區(qū)的加熱，當升高到一定溫度時進行矯正。另一類是進行機械矯正，可采取靜力加壓、或者是錘擊等措施，對配件施以機械壓力，恰與變形部位相反，進而對變形進行矯正。

3 結(jié)束語

總的來講，焊接變形會對最終的焊接質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，因此要對變形的影響因素展開研究，進而實現(xiàn)有效的控制，才能最大可能的降低焊接變形的發(fā)生。通過本文的分析，對焊接變形產(chǎn)生影響的因素涉及到多個方面，而相應的控制措施又存在一定的局限性，因此在實際情況下，要從實際考慮，選用合適的控制措施。隨著科技的飛速發(fā)展，焊接的技術(shù)水平也在不斷提高，焊接變形的發(fā)生也會獲得更為有效的控制，當然這也需要我們的不斷努力，從而為我國焊接技術(shù)的發(fā)展貢獻力量。

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