淺談焊接變形與控制

摘要：通過(guò)對(duì)焊接變形產(chǎn)生的原因和種類的分析，為如何預(yù)防焊接變形所要采取的措施進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：焊接變形 控制措施

焊接技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)、建筑業(yè)及其他行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，涵蓋了機(jī)械礦山、航空航天、石油化工、建筑、起重及國(guó)防等各個(gè)行業(yè)。焊接為制造業(yè)的基礎(chǔ)工藝與技術(shù)，為工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)。據(jù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，每年需要經(jīng)焊接加工才能使用的鋼材就占鋼材總產(chǎn)量的45%左右，我國(guó)也約有35%-45%的鋼材要經(jīng)過(guò)焊接才能變?yōu)樽罱K的產(chǎn)品，而在鋼材經(jīng)過(guò)焊接成為最終產(chǎn)品的過(guò)程中我們經(jīng)常會(huì)遇到焊接變形，如何控制焊接變形是鋼材能否順利成為產(chǎn)品的關(guān)鍵因素之一。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)過(guò)程中焊接變形不僅影響焊件尺寸的準(zhǔn)確性、外觀質(zhì)量和使用功能，而且很有可能降低焊件結(jié)構(gòu)的承載力，輕則會(huì)使焊件報(bào)廢，重則會(huì)造成安全生產(chǎn)事故。因此在實(shí)際生產(chǎn)中我們應(yīng)從設(shè)計(jì)、焊接工藝，焊接方法、裝配工藝著手來(lái)控制焊接變形，減小焊接變形，。

1.焊接變形產(chǎn)生的原因及類型

所謂焊接變形就是在焊接過(guò)程中，因?yàn)椴捎玫氖羌袩嵩吹木植考訜?，所以在焊件上?huì)產(chǎn)生不均勻的溫度場(chǎng)。不均勻溫度場(chǎng)會(huì)使材料產(chǎn)生不均勻膨脹，處于高溫區(qū)域的材料在加熱過(guò)程中膨脹量大，溫度較低的區(qū)域、膨脹量較小，冷熱收縮不均勻就產(chǎn)生了變形。焊接變形可以區(qū)分為在焊接熱過(guò)程中發(fā)生的瞬態(tài)熱變形和室溫條件下的殘余變形。而殘余變形是影響焊接質(zhì)量的主要因素，也是破壞最強(qiáng)的變形類型。焊接結(jié)構(gòu)焊后的殘余變形主要有：

1.1.縱向和橫向收縮變形：焊件在焊后延焊縫方向發(fā)生的縱向收縮變形和垂直于焊縫方向發(fā)生的橫向收縮變形。這兩種收縮變形都是難以修復(fù)的，應(yīng)在焊前下料時(shí)留有一定的余量，避免焊件焊后返工或報(bào)廢；

1.2.彎曲變形：是由焊縫的縱向收縮變形和橫向收縮變形引起的構(gòu)件焊后的彎曲，例如橫向焊縫在構(gòu)件上分布不對(duì)稱引起的變形；

1.3.角變形：焊縫截面形狀不對(duì)稱，或施焊層次不合理致使焊件的平面圍繞焊縫在厚度方向上橫向收縮變形，例如T型接頭的變形；

1.4.波浪變形：焊件在焊接內(nèi)應(yīng)力的壓應(yīng)力的作用下，焊件可能失穩(wěn)，焊后呈波浪形。實(shí)際生產(chǎn)中薄板容易在焊后產(chǎn)生這種成波浪型的變形，例如：由幾條相互平行的角焊縫橫向收縮產(chǎn)生的組合變形就會(huì)形成波浪變形；

1.5.扭曲變形：焊后沿構(gòu)件的長(zhǎng)度方向出現(xiàn)的螺旋形變形，而造成扭曲變形的原因一般是由于裝配不良，施焊順序不合理，致使焊縫的縱向和橫向收縮變形沒(méi)有規(guī)律性而引起的。角變形和波浪變形屬于局部變形，其他變形類型屬于整體變形。

2.預(yù)防焊接變形采取的措施

2.1.首先焊接結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)

2.1.1.選用合理的焊縫尺寸和形狀，在保證結(jié)構(gòu)有足夠承載能力的前提下，應(yīng)采用盡量小的焊縫尺寸，同時(shí)選用對(duì)稱破口。

2.1.2.應(yīng)合理的安排焊縫位置和數(shù)量，在設(shè)計(jì)焊接連接縫位置時(shí)，應(yīng)按焊接件的構(gòu)造進(jìn)行對(duì)稱布置，通過(guò)合理的焊接順序，焊接件只能產(chǎn)生線性變形；當(dāng)焊縫為不對(duì)稱時(shí)，產(chǎn)生的多為彎曲變形。所以盡量以構(gòu)件的截面的中性軸為對(duì)稱軸，焊縫不宜過(guò)長(zhǎng)、過(guò)多、過(guò)于集中；在設(shè)計(jì)焊接連接縫數(shù)量時(shí)，適當(dāng)?shù)倪x擇壁板厚度，可以減少肋板的數(shù)量，這樣可以節(jié)省焊后由于變形而產(chǎn)生的變形校正投入。對(duì)于要求不嚴(yán)格的焊接件，這樣做即使重量稍大，但還是比較經(jīng)濟(jì)的。

2.2.其次應(yīng)該采取合理的裝配工藝，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的整體剛性總是比它的部件的剛性大，抗變形能力也強(qiáng)。一般采用

2.2.1.預(yù)留收縮余量法，就是在焊接之前通過(guò)計(jì)算預(yù)先把焊接之后縮短的尺寸預(yù)留出來(lái)；

2.2.2.反變形法，由于在冷卻過(guò)程中焊縫會(huì)產(chǎn)生收縮反應(yīng)，結(jié)果減少了工件焊接后的尺寸。為了抵消這種由于冷卻而產(chǎn)生的焊接變形，在焊前裝配時(shí)，人為地將焊件向焊接變形相反的方向進(jìn)行變形。一般情況下，只要預(yù)計(jì)準(zhǔn)確，控制得當(dāng)，就能取得良好的效果。

2.2.3.剛性固定法，剛性固定法防止彎曲變形的效果遠(yuǎn)不如反變形法，焊接薄板時(shí)常采用這種方法，為了防止薄板焊接時(shí)的變形，常在焊縫兩側(cè)加型鋼、壓鐵或楔子壓緊固定。這種方法在焊接施工中應(yīng)用較多，對(duì)角變形和波浪變形有顯著地效果。

2.2.4.選擇合理的裝配順序也是控制焊接變形的有效手段，對(duì)于大型焊件結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)姆殖蓭讉€(gè)部件，分別進(jìn)行裝配焊接，然后再拼焊成整體，使不對(duì)稱的焊縫或收縮量較大的焊縫能自由的收縮，而不至于引起整體結(jié)構(gòu)的變形，也可以有效的預(yù)防焊接變形。

2.3.最后采取合理的焊接工藝措施。

2.3.1.采用合理的焊接方法；在實(shí)際生產(chǎn)中盡量選擇C02氣體保護(hù)焊等熱源比較集中的焊接方法，不易采用焊條電弧焊，特別是不宜選用氣焊。因?yàn)閷?duì)于相同焊件、相同焊縫，選擇不同的焊接方法，其焊接變形也不同，埋弧焊的焊接變形最大，其次為手弧焊，最小的焊接變形為C02氣體保護(hù)焊。

2.3.2.采用合理的焊接順序和方向；對(duì)截面形狀、焊縫布置均勻?qū)ΨQ的焊件，應(yīng)采用對(duì)稱焊接施工，而對(duì)于一些不對(duì)稱焊縫，應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)后焊焊縫多的一側(cè)。這樣可使后焊一側(cè)的變形足以抵消先焊一側(cè)的變形，以減少焊件整體變形。

2.3.3.進(jìn)行層間錘擊：錘擊焊縫法是在焊縫的冷卻過(guò)程中，用圓頭小錘均勻迅速地錘擊焊縫，使金屬產(chǎn)生塑性延伸變形，抵消一部分焊接收縮變形，從而減小焊接變形

在焊接生產(chǎn)中，，焊接變形是不可避免的，由于設(shè)計(jì)、工藝和操作方法的不合理會(huì)產(chǎn)生不同的焊接變形，而不同種類的焊接變形往往又不是單獨(dú)出現(xiàn)的，而是同時(shí)出現(xiàn)，它們互相作用，互相影響。所以只有全面分析影響焊接變形的各種因素，掌握其影響規(guī)律，才能采取合理有效的措施來(lái)控制焊接變形。

參考文獻(xiàn)：

[1]張應(yīng)立 . 焊接質(zhì)量管理與控制讀本 . 北京化學(xué)工業(yè)出版社 2010年

[2]陳云祥. 焊接工藝 機(jī)械工業(yè)出版社 2002年

[3]高忠民 實(shí)用電焊技術(shù) 金盾出版社 2009年

[4]田錫唐 焊接手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1992年

[5]付榮柏 焊接變形的控制與矯正 機(jī)械工業(yè)出版社 2006年

作者簡(jiǎn)介：

郭廣凱（1978--），男，河南安陽(yáng)人，本科，土木工程專業(yè)，研究方向：焊接變形與控制.