關(guān)于不銹鋼焊接應(yīng)力與變形控制分析

李偉達

摘要：隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，不銹鋼新型材料在社會建設(shè)中應(yīng)用的范圍越來越廣泛。但基于不銹鋼焊接技術(shù)等方面的因素，使得不銹鋼在焊接過程中出現(xiàn)焊接應(yīng)力控制不好出現(xiàn)變形等情況，對不銹鋼焊接件的質(zhì)量造成了一定的影響。本文筆者就如何有效控制不銹鋼焊接應(yīng)力和變形的措施進行了較為詳盡的分析和闡述。

關(guān)鍵詞：不銹鋼；焊接應(yīng)力；變形控制；措施

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，不銹鋼作為新型材料在國內(nèi)各大產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用越發(fā)廣泛，比如重型加工設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)，航空航天產(chǎn)業(yè)中重要的、比較復(fù)雜的部件通常都是由不銹鋼構(gòu)成。所以如何控制不銹鋼焊接應(yīng)力及焊接過程中產(chǎn)生的變形，提升不銹鋼焊接質(zhì)量是我們需要研究的重要問題。一般而言，不銹鋼的焊接工藝過程其實就是對不銹鋼焊接件局部加熱然后再冷卻的過程。就目前的不銹鋼焊接工藝技術(shù)而言，在不銹鋼件焊接過程中經(jīng)常會因不銹鋼焊接受熱不均導(dǎo)致焊件發(fā)生不均勻膨脹和收縮，進而焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。常見的焊接應(yīng)力主要有橫向應(yīng)力、縱向應(yīng)力以及厚度方向應(yīng)力等。焊接變形有橫向收縮變形、縱向收縮變形、波浪變形、扭曲變形、彎曲變形和角變形等。不銹鋼部件在焊接過程中存在的惡這些焊接應(yīng)力和變形對不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量造成的影響較大，應(yīng)引起注意。下文筆者就如何控制不銹鋼焊接應(yīng)力及變形提出了一些可行性措施，望能夠?qū)μ岣卟讳P鋼焊接質(zhì)量有一定的參考價值。

1.控制不銹鋼焊接應(yīng)力的方法和措施

當(dāng)前多數(shù)的不銹鋼構(gòu)件行業(yè)比較重視不銹鋼焊接件的變形問題，而往往忽視不銹鋼構(gòu)件的殘余應(yīng)力問題。部分企業(yè)在控制不銹鋼構(gòu)件焊接變形方面通常采用在不銹鋼焊接過程中加設(shè)卡具或者支撐等方式來提高構(gòu)件剛性來控制變形，雖然不銹鋼構(gòu)件焊接變形問題得到了一定程度的控制，但也增加了不銹鋼焊接應(yīng)力。如果不銹鋼焊接件自身的剛性較大時，會因不銹鋼內(nèi)應(yīng)力變大導(dǎo)致構(gòu)件出現(xiàn)裂紋或裂縫。因此如何控制不銹鋼焊接應(yīng)力是提高不銹鋼焊接件質(zhì)量的關(guān)鍵。

目前比較常用的不銹鋼焊接應(yīng)力控制方法主要有以下幾種：對鋼材強度級別高、焊接點復(fù)雜、焊接面積大、焊接拘束力大的不銹鋼構(gòu)件的焊接，一般采用錘擊法或者拋丸機除銹的方法來減少殘余應(yīng)力。通過減少焊接層高度和尺寸、降低焊接剛度、合理安排焊接順序以及減小焊接拘束等方法來最終降低峰值，實現(xiàn)焊接應(yīng)力均勻分布。

錘擊法減少焊接殘余應(yīng)力是指每層焊道焊接完畢后，利用電動錘工具快速地敲打焊接不銹鋼件達到不銹鋼焊接件產(chǎn)生的塑性變形能夠抵消焊縫冷卻后所產(chǎn)生的拉應(yīng)力?？捎行Х乐购缚p冷卻后所產(chǎn)生的拉應(yīng)力過大造成焊接縫處出現(xiàn)裂縫或者裂紋等質(zhì)量問題。

拋丸機除銹法指的是利用鋼丸對不銹鋼焊接件的均勻敲打來抵消不銹鋼焊接件的焊接應(yīng)力；降低不銹鋼焊接剛度的主要目的是為了保證焊接件能夠自由收縮；在不銹鋼焊接過程中，對于那些焊接縫較多的焊接件，應(yīng)根據(jù)焊接工藝要求合理安排焊接順序。進而按照焊接件的形狀和焊縫位置逐一進行焊接；一般是先焊接拘束度比較大且不能自由收縮的焊縫，繼而焊接拘束度比較小且能夠自由收縮的焊縫；先焊接收縮量比較大焊縫，繼而焊收縮量比較小焊縫，這是因為拘束度越大的焊縫，其焊接應(yīng)力也越大，在焊接時應(yīng)結(jié)合實際情況盡可能少地采用剛性固定方法控制應(yīng)力變形，避免出現(xiàn)焊接拘束度變大，應(yīng)力增大等問題。

2.控制不銹鋼焊接變形的方法和措施

影響不銹鋼焊接變形的主要因素有：焊接熱輸入大小、焊縫截面積大小、焊接形式、焊接方法以及焊接層數(shù)等。

焊縫截面積指的是融合線范圍內(nèi)的金屬面積，焊縫截面積大小對焊接縱、橫向以及角變形影響最大。焊縫在冷卻過程中產(chǎn)生的塑性變形量同焊接縫面積成正比，即焊接縫面積越大，焊接縫塑性變形越大；在焊接方法、焊縫截面積以及焊接熱輸入大小相同的條件下，不銹鋼焊接件的接頭形式不同，對接焊、角焊以及堆焊對焊接橫向、軸向、角變形、彎曲變形的影響也不相同。對接接頭如果是采用單層焊方式，板厚上部下部收縮量差別、坡口角度以及焊縫橫向收縮都會增大，極易出現(xiàn)焊接角出現(xiàn)變形現(xiàn)象；對接接頭采用雙層焊方式，板厚上下收縮量差別較小，坡口角度以及焊縫橫向收縮、角變形也會減??；

通過上文所述影響不銹鋼焊接變形的因素，可通過以下方法和措施進行變形控制。在不銹鋼焊接設(shè)計時，盡可能地減小焊縫尺寸和焊縫數(shù)量；保證焊縫同不銹鋼焊接件同構(gòu)件的中軸線對稱，且焊接縫位置盡可能地靠近構(gòu)件中軸線和避免焊縫過度集中分布；當(dāng)不銹鋼構(gòu)件焊接縫較多時應(yīng)科學(xué)合理地安排焊接順序，對于那些長構(gòu)件的扭曲，可通過提高構(gòu)件組裝精度以及鋼板平整度等方式校準間隙和坡口角度；為能夠保證腹板翼板縱向變形、焊縫角度變形與構(gòu)件長度方向一致，應(yīng)在保證電弧指向或?qū)χ袦蚀_的基礎(chǔ)上采用構(gòu)件預(yù)留長度法來補償焊縫縱向收縮變形；采用焊前反變形方法來控制焊后的角變形；采用開坡口角對接焊縫來應(yīng)對型接頭板厚較大問題；當(dāng)雙面都能夠焊接操作時， 可采用雙面對稱坡口；當(dāng)采用多層焊時， 可采用與構(gòu)件中和軸對稱的焊接順序；優(yōu)先采用熱輸入量比較小的二保焊焊接方法，這樣才有效減少焊接面積，保證焊縫完整性。

3.結(jié)語

總而言之，在不銹鋼構(gòu)件焊接過程中，焊接應(yīng)力和變形是影響不銹鋼構(gòu)件焊接質(zhì)量的主要因素。為了能夠提高不銹鋼構(gòu)件的焊接質(zhì)量，保證不銹鋼構(gòu)件在應(yīng)用過程中功能性能夠穩(wěn)定發(fā)揮，需要在不銹鋼構(gòu)件焊接過程中認真分析研究不銹鋼焊接應(yīng)力和變形問題產(chǎn)生的根本原因，進而針對各種導(dǎo)致焊接應(yīng)力與變形采取措施，最大限度地降低或者消除不銹鋼構(gòu)件焊接后的殘余應(yīng)力和各種變形。

參考文獻：

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