論焊接變形產(chǎn)生的因素和解決方法

溫忠亮　劉亞　張力文

【摘 要】焊接變形在現(xiàn)代焊接工業(yè)過(guò)程中是一種常見(jiàn)的發(fā)生現(xiàn)象，對(duì)鋼材材結(jié)構(gòu)性能影響非常大，本文將分析焊接變形產(chǎn)生的因素，并采取很好的解決辦法。

【關(guān)鍵詞】焊接變形；影響因素；解決措施

0.前言

在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)水平高速發(fā)展中，鋼材已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、建筑、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域里，其焊接技術(shù)在這里面發(fā)揮了很重要的作用，并成為影響鋼材結(jié)構(gòu)性能的重要因素。在焊接過(guò)程中由于受到急劇的非平衡加熱或冷卻，如果操作不當(dāng)，或是因?yàn)槠渌蛩亻L(zhǎng)期引起焊縫的產(chǎn)生，通常在這些焊縫處受到溫度的影響，就會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形。焊接殘余變形成為影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完整性、制造工藝合理性與結(jié)構(gòu)使用可靠性的最至關(guān)重要的因素。當(dāng)鋼材變形量在一定的允許承受值內(nèi)時(shí)，沒(méi)有進(jìn)行處理，假設(shè)變形量一旦超出這個(gè)承受范圍，就需要對(duì)焊接變形處進(jìn)行矯正，矯正的工作量會(huì)比開(kāi)始允許承受值變形值內(nèi)的工作量大，如果某些焊接變形的材料在矯正后往往會(huì)因?yàn)闊o(wú)法使用而廢棄，或者能在正常使用，也會(huì)造成作業(yè)時(shí)間的增加。所以預(yù)防和控制焊接變形的發(fā)生，分析焊接變形產(chǎn)生的因素，解決存在的問(wèn)題，才能有效的避免焊接變形的發(fā)生機(jī)率。

1.焊接變形發(fā)生的影響因素

焊接時(shí)通常采用集中熱源局部高溫加熱，所以在焊件上就會(huì)造成不均勻的溫度場(chǎng)，焊接變形可以分為在焊接熱過(guò)程中發(fā)生的瞬態(tài)熱變形，以及在室溫條件下發(fā)生的殘余變形。焊接結(jié)構(gòu)件變形的因素非常多，包括：焊接參數(shù)（WPS文件參數(shù)）導(dǎo)致的變形、錯(cuò)邊變形、母材的材質(zhì)導(dǎo)致的變形、波浪變形、焊接方法不嫻熟或者方法不正確導(dǎo)致的變形、填充材料導(dǎo)致的變形和焊接順序不正確導(dǎo)致的變形等，接下來(lái)我們將分析影響焊接變形的發(fā)生因素。

1.1材料因素的影響

材料的影響是由自身的化學(xué)成分、 組織狀態(tài)以及力學(xué)性能等方面，都會(huì)對(duì)其焊接性有必然影響。如： 鋁和鈦的化學(xué)性質(zhì)很活潑，鋁制品卻很耐腐蝕，但是比較容易氧化和燒損， 因此在焊接時(shí)，它們就比鐵要困難得多。材料因素對(duì)焊接變形的影響通常會(huì)由兩方面決定，一是焊接材料，包括焊條、焊劑、焊絲、金屬粉末和氣體等。二是材料的熱物理性能參數(shù)與力學(xué)性能參數(shù)。物理性能參數(shù)的影響比較單一，受熱傳導(dǎo)系數(shù)上越小，溫度梯度越大，焊接變形就會(huì)越明顯。力學(xué)性能對(duì)焊接變形的影響相對(duì)非常復(fù)雜，會(huì)隨著熱膨脹系數(shù)的增加焊接變形就更加明顯。同時(shí)材料隨著彈性模量的不斷增加，焊接變形相反而減少，并且較高的屈服極限會(huì)造成更高的殘余應(yīng)力，焊接結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的變形能量也會(huì)因此而增，并造成脆性斷裂。此外，由于塑性應(yīng)變較小且塑性區(qū)范圍不大就會(huì)造成焊接變形得以減少。

1.2焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置影響

焊縫在焊接結(jié)構(gòu)中的位置影響是顯而易見(jiàn)的，結(jié)構(gòu)在焊接變形過(guò)程中工件本身的拘束度是可以變化的，金屬結(jié)構(gòu)的剛性由結(jié)構(gòu)的截面形狀和尺寸的大小決定。自身為變拘束結(jié)構(gòu)，隨拘束度的增加，焊接殘余應(yīng)力增加，而焊接變形則相應(yīng)減少。同時(shí)還受到外加拘束的影響，而最終還是受位置對(duì)稱性的影響。例如：在焊件中性軸的一側(cè)時(shí)，焊件在焊后將向焊縫一側(cè)彎曲，同時(shí)焊縫距離中性軸距離增加，焊件就會(huì)更加容易發(fā)生彎曲變形。在整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)中，假設(shè)中性軸兩側(cè)焊縫的數(shù)目都不一樣，且焊縫距中性軸的距離大小也都不一樣，也非常容易引起結(jié)構(gòu)的彎曲變形發(fā)生。

1.3焊接工藝對(duì)焊接變形的影響

焊接工藝對(duì)焊接變形的影響有收縮量因素，焊縫的縱向收縮量是隨著焊縫長(zhǎng)度的增大而增大；間斷焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量小。同時(shí)焊接方法、構(gòu)件的定位或固定方法、焊接輸入電流電壓量、焊接胎架及夾具的應(yīng)用、焊接順序等對(duì)焊接變形都有影響。而影響最大的是焊接順序，通常情況下，改變焊接順序往往能夠改變殘余應(yīng)力的分布和應(yīng)力狀態(tài)，減少焊接變形等發(fā)生。多層焊和焊接工藝參數(shù)也對(duì)焊接變形影響非常大。

2.焊接變形的解決措施

2.1改進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

焊接尺寸對(duì)焊接變形有著明顯的影響，焊縫尺寸大會(huì)影響焊接量大，同時(shí)還對(duì)焊接變形也影響大，所以在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸。同時(shí)還需要避免焊縫的不均勻布置與集中分布，設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，使焊縫對(duì)稱于截面中性軸，或者是使焊縫接近中性軸，效果是對(duì)梁、柱等類(lèi)型結(jié)構(gòu)的撓曲變形減少有好的作用。同時(shí)為了保證結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力，需要減少不必要的焊縫，采用壓型結(jié)構(gòu)代替肋板結(jié)構(gòu)， 滿足較小焊縫的尺寸需求，可以有效防止薄板結(jié)構(gòu)變形，達(dá)到控制焊接變形發(fā)生。

2.2提高焊接工藝方法

在焊接構(gòu)件生產(chǎn)制造過(guò)程中，選擇合理的焊接方法和規(guī)范，焊前，需要預(yù)防變形、預(yù)拉伸法和剛性固定組裝法。反變形法事先估計(jì)好焊件焊接變形大小和方向，在待焊工件裝配時(shí)造成與焊接殘余變形大小相當(dāng)、方向相反的預(yù)變形量（反變形量），焊后焊接殘余變形抵消了預(yù)變形量，使構(gòu)件恢復(fù)到設(shè)計(jì)要求的幾何形狀和尺寸。剛性固定組裝法是采用夾具或剛性胎具將被焊構(gòu)件盡可能地固定， 提前對(duì)焊件加以固定，提高結(jié)構(gòu)剛性來(lái)限制焊接變形，可有效地控制待焊構(gòu)件的角變形與彎曲變形等。預(yù)拉伸法多用于薄板平面構(gòu)件，在薄板有預(yù)張力或有預(yù)先熱膨脹量的情況下焊接。焊后，去除預(yù)拉伸或加熱，薄板恢復(fù)初始狀態(tài)，可有效地降低焊接殘余應(yīng)力，控制焊接變形。

2.3做好焊后矯正工作

當(dāng)構(gòu)件焊接后，焊接結(jié)構(gòu)不可避免地要產(chǎn)生焊接變形，只能通過(guò)矯正焊接變形措施來(lái)減小或消除已發(fā)生的殘余變形。矯正焊接變形有機(jī)械校正法、火焰校正法。采用機(jī)械校正法校正前要分析焊縫應(yīng)力的方向，并找準(zhǔn)應(yīng)力點(diǎn)，以采取適當(dāng)?shù)姆椒ú僮?。采用火焰校正法認(rèn)真分析變形發(fā)生狀況，并制定矯正工作方法，才能確定加熱位置及矯正步驟。同時(shí)還需要對(duì)材料性質(zhì)的認(rèn)真了解，然后決定加熱溫度達(dá)到，目的是使易受溫度影響的材料能夠有效避免在性能上產(chǎn)生變化，對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生影響。在矯正薄板時(shí)，對(duì)受熱溫度的影響區(qū)窄，在錘擊時(shí)盡量要用木錘，才能很好的達(dá)到矯正的效果。 [科]

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