焊接變形及控制變形措施

王立穎 王沖

(吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吉林 132001)

1 引言

如果焊件焊接之后變形較大,會影響焊接產(chǎn)品的尺寸精度和外觀美度,與此同時(shí)可能還會減小產(chǎn)品的使用壽命,縮減其承載能力。在這樣的情況下,如果通過焊接后矯正變形,則增加工時(shí),使成本提高。因此,焊件焊接后的變形,會焊件產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效率都有較大的影響?？傊?在焊接實(shí)際生產(chǎn)中,分析焊件通過焊接產(chǎn)生變形的主要影響因素并通過過實(shí)驗(yàn)對比尋找控制焊件變形的措施以及矯正方法,具有非常重要的意義。

2 焊接變形

焊接變形包括:縱向縱橫縮短以及彎曲、扭曲、波浪等變形等。

2.1 縱向縮短和橫向縮短

(1)縱向縮短;焊件在焊接之后,在順著焊縫的方向上會產(chǎn)生尺寸收縮,這個收縮就是縱向縮短。這個縮短的尺寸大小,與焊縫長度、焊縫熔敷金屬截面積的影響關(guān)系是正比的變化關(guān)系,隨著二者的增加而增加;與整個焊件垂直焊縫的橫截面積的影響關(guān)系是反比的變化關(guān)系,橫截面積越大,則縮短量越小。(2)橫向縮短;焊件在焊接后,在垂直于焊件的焊縫的方向上會產(chǎn)生尺寸收縮,這個收縮就是橫向縮短。這個縮短的尺寸,與焊接線能量以及板厚的變形關(guān)系是正比變化關(guān)系。

2.2 角變形

角變形。是在焊接的過程中,因?yàn)楹缚p區(qū)在沿著焊料板材的厚度方向上分布不均勻的橫向收縮而導(dǎo)致的回轉(zhuǎn)變形。這個變形量的大小,用變形角進(jìn)行衡量。在堆焊、搭接和丁字接頭的焊接時(shí),也經(jīng)常會產(chǎn)生角變形,這個角變形量的大小與焊縫截面形狀和坡口形式有關(guān),且還和焊接方法有關(guān)。

2.3 彎曲變形

彎曲變形,是在焊接過程中經(jīng)常存在的一種普遍性變形,很常見。彎曲變形,通常是因?yàn)楹缚p的位置分布不對稱造成的,或者是焊件的斷面形狀不對稱、焊縫收縮引起的變形。

2.4 扭曲變形

在焊縫角變形的影響下,如果變形在沿長度方向分布不均勻,或者焊件零件的縱向有錯邊,或施焊程序不合理,裝配不良,有可能會使焊件產(chǎn)生沒有規(guī)律性的扭曲變形。在實(shí)際的加工生產(chǎn)過程中,這種扭曲變形非常容易發(fā)生在薄板結(jié)構(gòu)中。

2.5 波浪變形

因?yàn)橐恍┌宀谋容^薄,在焊縫的縱向收縮,橫向收縮的影響下,容易產(chǎn)生波浪形狀的變形,就是波浪邊形。

3 影響焊接變形的因素

如果焊件焊接之后變形較大,會影響焊接產(chǎn)品的尺寸精度和外觀美度,與此同時(shí)可能還會減小產(chǎn)品的使用壽命,縮減其承載能力。因此,焊件焊接后的變形,會焊件產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效率都有較大的影響。為此,本文在查閱大量相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,分析了焊件通過焊接產(chǎn)生變形的主要影響因素。

3.1 焊縫位置

如果焊縫布置不對稱或焊縫截面重心與焊件截面重心不重合時(shí),易引起彎曲變形或角變形。

3.2 結(jié)構(gòu)剛性

焊件的變形程度與剛性有關(guān),在同樣力的作用下,焊件剛性較大時(shí),變形較小,剛性較小,則變形較大。

3.3 裝配焊接順序

通常,從增加剛性減小變形的角度考慮,對于截面對稱,焊縫對稱的焊件,采用整體裝配焊接,產(chǎn)生的變形較小。然而,因焊件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一般不能整體裝配焊接,而是邊裝配,邊焊接,此時(shí)就要選擇合理的裝配焊接次序,盡可能地減小焊接變形。

3.4 焊接工藝參數(shù)的選擇

焊接線能量的變化直接產(chǎn)生溫度變化,這種溫度變化對于焊接變形的影響較大。變形量隨著焊接線能量的增加而增加。焊接變形還與坡口形式有關(guān),二者是正比變化的關(guān)系。因此V形坡口的變形比U形、雙V形坡口大。

4 控制焊接變形的措施及矯正方法

4.1 選用合理的焊縫尺寸

焊縫,其尺寸過大,則通過焊接產(chǎn)生的變形也會增大;反之,焊縫尺寸過小,則可能會減小焊件產(chǎn)品的承載能力,此外,還可能使得焊件接頭處的冷卻速度變快,將會產(chǎn)生裂紋、熱影響區(qū)硬度增高等很多連鎖的焊接缺陷現(xiàn)象。因此,在保證焊接質(zhì)量的前提下,應(yīng)該根據(jù)焊接材料的材質(zhì)、厚度以及工藝選擇最小的焊縫尺寸。

4.2 盡可能地減少焊縫的數(shù)量

在選擇焊件板材厚度的時(shí)候,如果厚度選擇恰當(dāng),能夠很大程度上減小肋板的數(shù)量,進(jìn)而能夠很大程度上降低焊縫的數(shù)量和焊后變形校正量。而對于薄板結(jié)構(gòu)來說,通過壓型結(jié)構(gòu)代替肋板結(jié)構(gòu),也能夠很大程度上降低焊縫的數(shù)量。

4.3 合理安排焊縫位置

在設(shè)計(jì)焊接工藝時(shí),如果焊縫的位置對于焊件截面的中心軸是對稱的位置關(guān)系的話,或者焊縫的位置比較接近焊件的中心軸,在這樣的情況下則會使彎曲變形量變小;焊縫的位置分布不要密集,盡可能避免交叉焊縫。

4.4 散熱法

在焊接操作過程中,如果采用強(qiáng)波冷卻的方式來降溫,這樣受熱面積大大減少,則在溫度影響下的變形量會相應(yīng)減小。這種方法比較實(shí)用于焊接板材較薄的焊件,不是很適用于焊接淬硬性較高的材料。

4.5 錘擊法

在焊件處于熱態(tài)的狀態(tài)下,用用圓頭小錘敲擊焊縫,能夠讓其在縱向、橫向上延伸,通過塑性變形來降低焊縫的收縮變形。