焊接變形的控制和預(yù)防

馬曉濤++張海鷗

摘 要：焊接是工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要工藝，因為焊接工藝自身的特征，在實際作業(yè)時，經(jīng)常會出現(xiàn)焊接變形的問題，如果這些變形處理不當(dāng)，就會給后續(xù)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響，所以，要有效預(yù)防和控制焊接變形。主要論述了焊接變形的定義及其影響因素、預(yù)防和控制焊接變形的方法和措施，以期為日后的相關(guān)工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：焊接變形；控制方法；預(yù)防措施；影響因素

中圖分類號：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.065

在完成焊接作業(yè)時，因為急劇的冷卻和加熱，結(jié)構(gòu)難免會發(fā)生焊接殘余變形。當(dāng)發(fā)生焊接變形時，不僅會影響其運用的可靠性，還會影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性和制造工藝的合理性，因此，必須采取正確的方式方法矯正焊接變形。在矯正過程中，一些材料會因為難以達(dá)到矯正效果而廢棄，盡管一些材料矯正后能夠再次運用，但是，它也會擾亂作業(yè)計劃，耽誤很多正常的作業(yè)時間，導(dǎo)致工時被浪費。所以，在進(jìn)行焊接作業(yè)時，有效預(yù)防和控制焊接變形具有非常重要的作用，而預(yù)防和控制焊接變形可以提升生產(chǎn)效率。

1 焊接變形的定義及其影響因素

1.1 焊接變形的定義

在焊接時，焊接材料受高溫環(huán)境的影響會發(fā)生熱膨脹，當(dāng)溫度降低后，它又會立即收縮，冷熱循環(huán)便會導(dǎo)致焊接材料發(fā)生變形。通常情況下，在焊接過程中，同一側(cè)持續(xù)焊接發(fā)生的變形要大于兩側(cè)交叉焊接出現(xiàn)的變形，這是因為焊接所產(chǎn)生的冷熱循環(huán)長時間作用在同一側(cè)，其變形量就會變大。無論是焊接熱量增加還是熱膨脹增加，焊接區(qū)域的溫度都會迅速上升，而焊接區(qū)域的熱導(dǎo)率性能和柔韌性能便會下降。

1.2 焊接變形影響因素

影響焊接變形的因素有很多，主要可以分為3方面，即結(jié)構(gòu)因素、工藝因素和材料因素。在焊接變形中，作用最大的影響因素是焊接結(jié)構(gòu)。焊接結(jié)構(gòu)影響焊接變形是隨著拘束度的改變而變化的，因為拘束度在變化，焊接位置的焊接應(yīng)力也就會改變，所以，焊接結(jié)構(gòu)對焊接變形有重要的影響。焊接變形會隨著拘束度的增加而減少。在實際焊接工作中，工件的拘束度會不斷發(fā)生變化，而工件自身結(jié)構(gòu)也會變?yōu)榫惺Y(jié)構(gòu)，它也會受到外界拘束的影響。焊接工藝對焊接變形的影響有很多，例如焊接電壓電流量、焊接方法、焊接順序、構(gòu)件固定方法和焊接胎架等，都會對焊接形變產(chǎn)生較大的影響。在眾多焊接工藝影響因素中，焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊懽蠲黠@。焊接順序能夠?qū)附討?yīng)力分布和殘余變形產(chǎn)生直接的作用和影響，而改變焊接順序可以降低焊接變形量。多層焊對焊接變形的影響也很大，焊接人員在實際作業(yè)時，要運用特殊工藝措施降低殘余應(yīng)力，利用改善應(yīng)力分布的方法減少變形情況的發(fā)生。材料影響因素既包含焊接材料影響，也包含焊接時的母材影響。材料的力學(xué)與熱物理性能參與均對變形過程有一定的影響，熱物理性能影響主要體現(xiàn)于熱傳導(dǎo)系數(shù)——熱傳導(dǎo)系數(shù)小，溫度梯度就大，焊接變形就更加明顯。力學(xué)性能對變形的影響十分復(fù)雜，而熱膨脹系數(shù)對其的影響也十分明顯，焊接變形會隨著熱膨脹系數(shù)的增加而增加。

2 預(yù)防和控制焊接變形的方法、措施

2.1 焊接前有效預(yù)防變形

預(yù)防焊接變形的方法有預(yù)拉伸法、預(yù)變形法和剛性組裝法。預(yù)拉伸法常用于薄板平面構(gòu)件焊接中，焊接作業(yè)在薄板有預(yù)先熱膨脹量或有預(yù)張力條件下進(jìn)行，當(dāng)焊接完成后，立即預(yù)加熱或預(yù)拉伸就會使薄板恢復(fù)原來的狀態(tài)，這樣就能夠降低焊接的殘余應(yīng)力，有效控制焊接過程中的變形。預(yù)熱薄板主要是為了減小溫度梯度，預(yù)熱溫度不同，其降低殘余應(yīng)力的作用也會有差別，當(dāng)預(yù)熱溫度為400 ℃時，鋼中殘余應(yīng)力降低50%.預(yù)變形法也被稱為反變形法，它是將預(yù)測焊接變形的方向和大小結(jié)合起來。在焊接工件時，會產(chǎn)生與焊接殘余變形方向相同、大小相當(dāng)?shù)姆醋冃瘟?，焊接完成后，焊接殘余變形就會將預(yù)變形量抵消，這時，焊接構(gòu)件就會回到設(shè)計需要的幾何尺寸和形狀。剛性組裝法是運用剛性胎具或家具將被焊接的構(gòu)件固定，從而有效控制要焊接構(gòu)件的彎曲變形和角變形。

2.2 焊接過程中嚴(yán)格控制

控制焊接過程的方法是運用合理的焊接規(guī)范參數(shù)和焊接方法，根據(jù)正確的焊接順序，運用隨焊碾壓、隨焊兩側(cè)加熱和隨焊跟蹤激冷法。不同焊接方法會帶來不同的線能量——運用線能量低的焊接方式，合理控制焊接規(guī)范參數(shù)，能夠有效減小焊接的塑形壓縮區(qū)面積，進(jìn)而降低出現(xiàn)焊接變形的概率。在焊接過程中，要注意合理劃分焊接部件和組件，在組焊后再開始部分間的焊接，進(jìn)而提升組對精度。運用隨焊碾壓、隨焊兩側(cè)加熱和隨焊跟蹤激冷法，能夠降低殘余應(yīng)力，減小焊接變形。因為隨焊碾壓法操作不方便、操作設(shè)備比較復(fù)雜，所以，在實際生產(chǎn)過程中運用得比較少，但是，它在提升焊接變形方面具有其他方法不能實現(xiàn)的效果。隨焊兩側(cè)加熱可以使縱向應(yīng)變、橫向應(yīng)變和剪切應(yīng)變均勻分布，這樣應(yīng)變力能夠平緩變化，而焊接的殘余應(yīng)力也會隨之減小。隨焊激冷法可以大大減小殘余應(yīng)力，降低發(fā)生變形的概率。

2.3 焊接后的矯正方法

完成構(gòu)件焊接后，必須利用一些矯正方法消除或減小已經(jīng)出現(xiàn)的殘余變形。焊接后的矯正方法主要有機(jī)械矯正法和加熱矯正法。機(jī)械矯正法是運用沖擊能或機(jī)械力進(jìn)行變形矯正，包括焊縫滾壓法、靜力加壓矯正法和錘擊法。加熱矯正法分為局部加熱和整體加熱。局部加熱多運用火焰加熱焊接構(gòu)件的局部位置，當(dāng)材料處于高溫位置時，其熱膨脹會受構(gòu)件自身剛性的制約發(fā)生壓縮性變形。當(dāng)溫度比較低時，冷卻收縮，將焊后伸長變形抵消掉，從而實現(xiàn)矯正目的。氣焊焊炬是火焰加熱法常用的工具，其操作簡單，所以，在實際生產(chǎn)過程中運用得比較多。整體熱矯正是加熱整體構(gòu)件，使整體構(gòu)件的溫度達(dá)到鍛造溫度的要求后再對其進(jìn)行矯正，整體熱矯正能夠消除較大的形狀偏差。

3 結(jié)束語

焊接屬于特種作業(yè)，它的技術(shù)含量很高，所以，為了確保焊接質(zhì)量，預(yù)防和控制焊接變形是一個重要環(huán)節(jié)。引發(fā)焊接變

形的因素有很多，例如焊接材料、結(jié)構(gòu)和環(huán)境等，這些都會給焊接帶來直接的影響。在實際焊接作業(yè)時，一定要結(jié)合焊接現(xiàn)場的具體條件、環(huán)境等因素進(jìn)行有效分析，進(jìn)而制訂出合理的焊接方法和工藝，有效預(yù)防和控制焊接變形。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕