焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響

鞏偉召 安繼釗

【摘 ?要】在不銹鋼焊接過程中，焊接工藝會嚴(yán)重影響不銹鋼焊接變形。為實(shí)現(xiàn)對不銹鋼焊接變形的科學(xué)預(yù)防和有效控制，要深入考察焊接工藝對不銹鋼焊接變形產(chǎn)生的具體影響和實(shí)際程度，并據(jù)此對焊接工藝操作方案進(jìn)行科學(xué)制定，實(shí)現(xiàn)對焊接工藝的有效優(yōu)化。本文簡述焊接變形的概念，淺析焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響，探究不銹鋼焊接變形的預(yù)防措施，以期為不銹鋼焊接提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】焊接工藝;不銹鋼;焊接變形

引言

焊接是最為普遍且最具實(shí)用性的不銹鋼加工方式。在不銹鋼焊接過程中，受焊接工藝影響，不銹鋼在焊縫冷卻后極易產(chǎn)生各類變形。通常，不銹鋼焊接變形包括橫向收縮、縱向收縮和彎曲以及角變形等。焊接變形會嚴(yán)重影響不銹鋼加工的美觀性，還會破壞不銹鋼構(gòu)件具備的各項性能。對此，有必要立足于不銹鋼焊接實(shí)踐，深入考察焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響，并積極探究有效措施對焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對不銹鋼焊接變形的預(yù)防和控制。

1焊接變形概述

在焊接過程中，高溫環(huán)境影響焊接材料，使其發(fā)生熱膨脹，當(dāng)溫度出現(xiàn)降低后，焊接材料立即收縮，在冷熱循環(huán)下，焊接材料將出現(xiàn)變形。通常，對焊接材料同一側(cè)實(shí)施持續(xù)焊接所形成的焊接變形相對于對焊接材料兩側(cè)實(shí)施交叉焊接形成的焊接變形要大。究其原因，在長時間內(nèi)，焊接形成的冷熱循環(huán)對焊接材料同一側(cè)發(fā)生作用，即會增大其變形量。焊接熱量以及熱膨脹出現(xiàn)增加，均會導(dǎo)致焊接區(qū)域?qū)嶋H溫度加快上升，并降低焊接區(qū)域相應(yīng)的熱導(dǎo)率以及柔韌性等性能。

2焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響

2.1焊接方法

當(dāng)前，焊接工藝具有多種焊接方法，常用的包括焊條電弧焊、埋弧焊等。在不銹鋼焊接中，各類焊接方法會對其焊接變形產(chǎn)生各不相同的影響。有的焊接方法會造成不銹鋼構(gòu)件產(chǎn)生局部過熱，等到焊縫冷卻，不銹鋼構(gòu)件即產(chǎn)生焊接變形。例如，通過焊條電弧焊對不銹鋼進(jìn)行焊接，即可能導(dǎo)致橫向收縮變形。要深入考察不銹鋼構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)和各項功能需求，有針對性地選擇焊接方法，確保其適用于不銹鋼構(gòu)件，避免引發(fā)焊接變形。同時，對不銹鋼構(gòu)件進(jìn)行焊接，若其內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力變化，將造成焊接變形。對此，要針對不銹鋼構(gòu)件合理選擇焊接方法，對應(yīng)力變化進(jìn)行有效消除。

2.2焊接順序

焊接順序會嚴(yán)重影響不銹鋼相應(yīng)的焊接變形。在不銹鋼焊接過程中，焊接順序不僅會對殘余應(yīng)力分布造成影響，還會影響應(yīng)力狀態(tài)。若對焊接順序進(jìn)行改變，將在較大程度上改變殘余應(yīng)力分布，并改變應(yīng)力狀態(tài)。若采用不合理的焊接順序，將引發(fā)焊接變形。通常，對不銹鋼進(jìn)行焊接，要對可能引發(fā)焊接變形的相應(yīng)焊縫進(jìn)行優(yōu)先焊接，對于較長焊縫，要實(shí)施合理的分段焊接。要基于不銹鋼焊接的實(shí)際情況，對焊縫順序進(jìn)行合理確定。對大型不銹鋼相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行焊接，可能將固有的焊接順序打破，在對焊接順序進(jìn)行確定時，要對焊接變形進(jìn)行充分考慮。

2.3構(gòu)件定位與固定

對不銹鋼進(jìn)行焊接，其構(gòu)件定位以及構(gòu)件固定均會對焊接變形造成影響。在焊接工序中，定位環(huán)節(jié)占據(jù)著重要地位，其次則是固定環(huán)節(jié)。若這兩個環(huán)節(jié)產(chǎn)生了各項偏差，例如，未能嚴(yán)格遵循相關(guān)工藝方案和具體操作規(guī)程，對不銹鋼構(gòu)件進(jìn)行夾緊時，可能導(dǎo)致構(gòu)件承受不均勻受力，外力因素對焊接造成影響，即引發(fā)焊接變形。另外，不銹鋼構(gòu)件在焊接過程中存在定位偏差，焊接完成后，將影響不銹鋼構(gòu)件的使用性能。焊接操作人員的技術(shù)水平、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及操作規(guī)范性等因素均會對構(gòu)件定位與固定造成不良影響。

2.4焊接參數(shù)

在不銹鋼焊接過程中，影響焊接變形的焊接參數(shù)主要包括焊接電流以及焊接電弧、電壓等。以電弧焊為例，電弧形成于兩極電路，中間空氣受到迅速加熱，出現(xiàn)升溫，受空氣熱作用影響，將出現(xiàn)電離化。在上述機(jī)理下，焊接電流的實(shí)際大小對焊接溫度具有直接影響，陰極區(qū)實(shí)際溫度通常保持在2500℃到3500℃范圍之內(nèi)，中間弧柱具有最高溫度，可超出5000℃，焊縫中心點(diǎn)通常保持大于2500℃的溫度。對不銹鋼構(gòu)件進(jìn)行焊接，對于越大構(gòu)件，越要選用較大的焊接電流。為對構(gòu)件局部的不均勻受熱進(jìn)行有效控制，要對焊接電流實(shí)施嚴(yán)格控制，過小的焊接電流會對焊接質(zhì)量造成不良影響，過大的焊接電流則會引發(fā)焊接變形。

3不銹鋼焊接變形的預(yù)防措施

3.1加強(qiáng)焊前控制

可通過如下方法加強(qiáng)焊前控制：一，預(yù)防變形法。在實(shí)施焊接前，深入考察不銹鋼構(gòu)件的實(shí)際大小和具體形狀，據(jù)此合理預(yù)測焊接變形，通常要對不銹鋼構(gòu)件實(shí)施嚴(yán)格測量和合理評估，基于預(yù)測變形的具體結(jié)果，對焊接變形進(jìn)行有效控制。在實(shí)施焊接前，將預(yù)測的焊接變形具體結(jié)果作為依據(jù)，對構(gòu)件變形的可能方向?qū)嵤┫喾凑{(diào)整，有效抵消焊后變形。二，預(yù)拉伸法。該法是充分預(yù)熱構(gòu)件，將構(gòu)件存在的殘余應(yīng)力有效消除，通常在200℃到400℃范圍內(nèi)，對預(yù)熱溫度進(jìn)行控制，能消除殘余應(yīng)力的50%到90%，該法能取得顯著效果。三，剛性固定組裝法。該法是全方位對焊接構(gòu)件進(jìn)行固定，實(shí)現(xiàn)對焊接變形的有效預(yù)防，通常要對特定胎具進(jìn)行使用。

3.2對焊接過程進(jìn)行嚴(yán)格控制

對焊接過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，要對規(guī)范的焊接參數(shù)及相關(guān)方法進(jìn)行合理應(yīng)用，并正確按照焊接的具體順序，對如下方法進(jìn)行合理運(yùn)用：一，隨焊碾壓。該法涉及較為復(fù)雜的操作設(shè)備，在不銹鋼焊接中應(yīng)用較少，但該法能有效改善焊接變形的預(yù)防效果。二，隨焊跟蹤激冷。該法能實(shí)現(xiàn)對殘余應(yīng)力的有效減小，并實(shí)現(xiàn)對焊接變形發(fā)生概率的大幅度降低。三，隨焊兩側(cè)加熱。該法能均勻分布橫向、縱向以及剪切應(yīng)變，控制應(yīng)變力變化趨于平緩，并有效減少焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。各類焊接方法相應(yīng)的線能量存在較大差異，要盡量對具有低線能量的焊接方式進(jìn)行運(yùn)用，并對焊接規(guī)范各項參數(shù)實(shí)施合理控制，有效對焊接相應(yīng)的塑性壓縮區(qū)實(shí)際面積進(jìn)行減少，有效避免產(chǎn)生焊接變形。在實(shí)際焊接中，要合理對焊接部件以及相關(guān)組件進(jìn)行劃分，實(shí)施組焊，再進(jìn)行部分焊接，實(shí)現(xiàn)對組件精度的有效提升。通過上述焊接方法，實(shí)現(xiàn)對殘余應(yīng)力的有效降低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對焊接變形的有效減少。

3.3焊后矯正

若不銹鋼焊接產(chǎn)生焊接變形，需對之實(shí)施矯正。例如，不銹鋼局部出現(xiàn)熱變形，在焊接結(jié)束后，要加熱構(gòu)件局部變形區(qū)域，使該區(qū)域形成壓縮性塑性變形，在一定程度上對焊接變形進(jìn)行抵消。通常，采用火焰加熱的方式，具有較強(qiáng)的便捷性，廣泛應(yīng)用于對焊接變形的有效矯正。另外，整體加熱法也能用于對焊接變形進(jìn)行矯正。該法是對整體構(gòu)件進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度后，再鍛造整體構(gòu)件。但是，該法對大型不銹鋼構(gòu)件產(chǎn)生的焊接變形缺乏適用性，且存在較多應(yīng)用限制。從整體上來看，焊接完成后，再對焊接變形進(jìn)行矯正會對不銹鋼構(gòu)件造成一定損害。因此，要慎重選擇矯正焊接變形的具體方法，并注重對焊接變形實(shí)施焊前控制和焊接過程控制，盡量避免焊接結(jié)束后再對焊接變形進(jìn)行矯正。

3.4退火消除焊接變形法

焊接變形產(chǎn)生的根源在于焊接殘余應(yīng)力的存在。對此，可采用退火消除焊接變形法對焊接變形進(jìn)行處理。將待焊構(gòu)件與剛性體夾持，或?qū)︻A(yù)測出現(xiàn)相反焊接變形的待焊件實(shí)施點(diǎn)焊，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行焊接。通過上述操作產(chǎn)生的相互約束可對焊接變形進(jìn)行有效抵制，但難以消除殘余應(yīng)力。將約束拆除后，即產(chǎn)生焊接變形。在退火爐中，將構(gòu)件放入，實(shí)施墊平加熱和保溫處理，伴隨退火爐溫度實(shí)施緩慢冷卻，直到與室溫相同，即能消除殘余應(yīng)力，此時將約束解除后，即不會產(chǎn)生焊接變形。采用該法對殘余應(yīng)力進(jìn)行消除，要對構(gòu)件的顯微組織、沖擊韌性以及抗拉強(qiáng)度等性能進(jìn)行綜合考慮。另外，要對退火溫度進(jìn)行科學(xué)選擇，促進(jìn)不銹鋼具備的物理性能實(shí)現(xiàn)大幅度提高，并將殘余應(yīng)力有效消除。

4結(jié)語

綜上所述，焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響主要體現(xiàn)為焊接方法、焊接順序、構(gòu)件定位與固定、焊接參數(shù)等對焊接變形的影響。在對不銹鋼進(jìn)行焊接的過程中，要通過加強(qiáng)焊前控制、對焊接過程進(jìn)行嚴(yán)格控制、焊后矯正等措施，對焊接變形進(jìn)行有效預(yù)防。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵元金，閆君，楊玉超.焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響[J].焊接技術(shù)，2015（4）：80-81.

[2]李銀惠.焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響分析[J].化工管理，2015（21）：179.

[3]陳再.探究焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響[J].工程技術(shù)（引文版），2016（1）：258.

[4]胡云.淺談焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（30）：79-80.