薄板焊接變形控制工藝

■晏 磊 ■中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊(duì)機(jī)械廠，四川 成都 610061

薄板焊接中的變形問(wèn)題，不是單一因素造成的，應(yīng)進(jìn)行綜合分析并找出解決措施。在焊接過(guò)程當(dāng)中，把焊接應(yīng)力和變形控制到最小是薄板焊接中的關(guān)鍵一環(huán)，也是難度比較大的一項(xiàng)工作，需要有先進(jìn)的施工工藝作支撐。

1 薄板焊接中的技術(shù)要求

了解焊接技術(shù)的人員都知道薄板焊接變形具有多元化、復(fù)雜化的特點(diǎn)，也是影響焊接質(zhì)量的主要因素，控制好薄板焊接變形一直是施工人員不斷研究的課題。從歷史經(jīng)驗(yàn)上來(lái)看，焊接過(guò)程中的焊接變形和焊后殘余應(yīng)力二者之間是緊密聯(lián)系的，并不是孤立存在的，在同一焊件中，焊接變形和焊后殘余應(yīng)力相輔相成而又相互制約。在實(shí)際的焊接施工中，要想把薄板焊接控制在理想的狀態(tài)，就必須綜合考慮理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的有效結(jié)合，制定嚴(yán)格的施工工藝和采用先進(jìn)的施工技術(shù)進(jìn)行焊接。如果忽視二者的結(jié)合，薄板就會(huì)產(chǎn)生較大的凸起，給后期的修理工作帶來(lái)很大的麻煩，當(dāng)然施工成本也會(huì)相應(yīng)的增加。因此施工中應(yīng)熟練掌握焊接應(yīng)力和變形的機(jī)理，合理安排施工工藝，做到理論合乎實(shí)際需要。

2 薄板焊接變形的原因分析

2.1 切割方法和切割質(zhì)量的因素

切割方法包括激光切割和等離子切割等，其中激光切割法更具有優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)榧す馇懈顣r(shí)熱源比較集中，切割速度也快的多，所以切割時(shí)具有較小的熱作用，其殘余應(yīng)力也就相對(duì)較小，不易產(chǎn)生變形。

此外，等離子切割的板邊會(huì)形成不平整的現(xiàn)象，焊后板子中間會(huì)有鼓包情況的出現(xiàn)，相反的是激光切割技術(shù)在焊后表面相對(duì)比較平整，由此可見(jiàn)，切割的精度和焊接間隙對(duì)薄板焊接質(zhì)量具有很大的影響。

2.2 焊接方法的因素

焊接方法、焊接工藝和焊接程序等直接影響薄板的焊接質(zhì)量，其中選擇焊接方法時(shí)需要注意的是生產(chǎn)效力和焊接質(zhì)量的問(wèn)題，焊接最好具有高的熔敷效率、盡量少的焊道和盡量小的熱輸入。從目前情況來(lái)看，薄板的激光焊接方法具有很大優(yōu)勢(shì)，在很多行業(yè)已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用，估計(jì)在不久的將來(lái)隨著激光焊接技術(shù)的不斷更新和改造，它的使用范圍將會(huì)更大，應(yīng)用面會(huì)更加的廣泛。

2.3 點(diǎn)固焊工藝的因素

點(diǎn)固焊在施工中對(duì)施工程序、焊點(diǎn)距離的要求比較高而且這點(diǎn)非常重要，它直接影響焊接的質(zhì)量。選擇合適的點(diǎn)固焊工藝可以確保焊接間隙、控制焊接變形，要做好這些，就必須充分考慮焊點(diǎn)的數(shù)量、尺寸和焊點(diǎn)之間的距離等因素。如果選擇了不適合的點(diǎn)固焊工藝，對(duì)于焊接前和焊接后的殘余應(yīng)力都會(huì)有很大的負(fù)面影響，使焊接質(zhì)量失去保證。對(duì)于焊接尺寸的選擇也應(yīng)引起足夠的重視，如果選擇的尺寸太大，會(huì)使焊道背面不能完全熔透，接頭的完成性會(huì)受到破壞;如果尺寸太小，會(huì)使焊接過(guò)程中薄板出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，使得焊接間隙沒(méi)有保證。由此可見(jiàn)，只有綜合考慮影響點(diǎn)固焊工藝的因素，才能有效控制薄板焊接變形。

2.4 焊接熱輸入的因素

目前，大家已熟知焊接熱輸入會(huì)使焊接殘余應(yīng)力和變形受到很大變化，為了把焊接應(yīng)力和變形控制在最小，我們需要在保證焊縫成形不受影響的情況下運(yùn)用盡可能小的焊接如輸入。其中合理的選擇焊接電流、焊接電壓和焊接速度可以有效控制焊接熱輸入，如果是TIME 焊，還需把三元或四元保護(hù)氣體做好合適配比才行。

2.5 薄板厚度的因素

如果鋼板相對(duì)較厚，在焊接的過(guò)程中承受彎曲的性能就比較高，薄板較不易變形。如果鋼板相對(duì)比較薄，在焊接過(guò)程當(dāng)中不能很好的承受彎曲的壓力，極易發(fā)生很大變形，對(duì)于這種薄板的焊接變形要想控制好比較困難。

3 解決措施

3.1 使用外力限制焊接變形

試想鋼板在比較薄的情況下，焊接過(guò)程中的彎曲壓力很容易讓板面發(fā)生變形，這時(shí)如果能給一外力把鋼板固定好，在焊接過(guò)程中可以大大降低鋼板的變形程度。實(shí)踐也證明，剛性固定法是控制薄板焊接變形的有效措施，它作為焊前的措施，對(duì)后期的施工大有裨益，現(xiàn)已得到廣泛采用。其施工原理是使用外力手段強(qiáng)制減小焊后變形，方法是在焊接前把焊件固定起來(lái)然后對(duì)其進(jìn)行焊接工作，固定焊件可以增加焊件的剛性，增加其抗彎曲強(qiáng)度，起到減小焊接變形的作用。如果遇到薄板焊接面積較大、焊縫相對(duì)較長(zhǎng)的情況，可以在焊縫的兩側(cè)進(jìn)行加固，以減小焊接變形的可能。例如T 型梁在焊接時(shí)就可以采用剛性固定法來(lái)控制T 梁的變形。由于T 型梁焊接時(shí)需要從翼緣板一側(cè)開(kāi)始施焊，在焊接前如果沒(méi)有固定好就直接進(jìn)行施焊，那么待焊板冷卻后就會(huì)出現(xiàn)如圖一所示的變形。因此，在焊接之前把T 型梁的翼緣板固定在臨時(shí)定位板上，在翼緣板的同側(cè)焊上臨時(shí)防變形板，固定后的T 梁翼緣板焊接時(shí)翹起變形的可能性會(huì)大大降低，如圖二所示。

圖一:其中(a)表示焊接前，(b)表示焊接后

圖二:其中(a)表示剛性固定側(cè)視圖(b)表示剛性固定俯視圖

3.2 多名焊工同時(shí)進(jìn)行均布對(duì)稱(chēng)施焊

多名焊工同時(shí)施焊有很大的優(yōu)勢(shì)，不僅僅是提高工作效率的問(wèn)題，更重要的是對(duì)稱(chēng)施焊可以使薄板對(duì)稱(chēng)受熱，即使是受到應(yīng)力的影響，由于受熱相對(duì)均勻，薄板不會(huì)發(fā)生變形。由于薄板的兩側(cè)應(yīng)力相等，而且中間又有足夠的寬度，所以中心板不會(huì)發(fā)生變形而且越往外焊接效果越好。

3.3 嚴(yán)格控制焊接順序，分段退焊

這里講的焊接順序主要是先焊短焊縫再進(jìn)行長(zhǎng)焊縫的焊接，這樣做主要是考慮到薄板的焊接應(yīng)力。首先說(shuō)下先焊短焊縫的情況，將短焊縫由內(nèi)向外進(jìn)行焊接，可以自由收縮成一整體。照此方法把所有短焊縫進(jìn)行焊接完畢后，由于自有收縮的作用，基本上沒(méi)有什么應(yīng)力作用。然后再將長(zhǎng)條由內(nèi)向外進(jìn)行連接，也可以利用自有收縮的作用使焊縫自然成型，這樣焊接應(yīng)力非常小，變形也不大。其次，如果先進(jìn)行長(zhǎng)焊縫的焊接，把焊縫周?chē)陌宥脊潭ㄔ陂L(zhǎng)縫處，然后焊短焊縫，短焊縫就會(huì)收縮，收縮時(shí)由于受到長(zhǎng)縫的制約不能進(jìn)行自由收縮，這是的應(yīng)力就會(huì)很大，薄板很容易發(fā)生變形。如果是整個(gè)薄板都是這樣施工下來(lái)，薄板的變形程度將會(huì)很大，焊接出來(lái)的焊件將有可能不能使用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成很大的質(zhì)量事故問(wèn)題。

分段退焊主要是采用縮小焊接區(qū)與整體薄板之間的溫差的方法從而達(dá)到減少變形的目的。焊接時(shí)前一段焊縫冷卻后后面的焊縫會(huì)給前段焊縫一定的熱量，使得后面的焊縫有一次退火的時(shí)機(jī)，前后的溫差會(huì)減小，薄板的應(yīng)力相對(duì)較小，變形的可能性也會(huì)降低。重復(fù)上面的步驟，進(jìn)行后面的焊接工作。但是這樣焊接也有其不可避免的漏洞，比如說(shuō)分段退焊接頭增加了，薄板的美觀程度受到影響，但是比起薄板發(fā)生變形后再去修理還是具有優(yōu)勢(shì)的。需要注意的是，焊接的順序也是有講究的，需要按照由內(nèi)向外的順序進(jìn)行焊接。先焊接靠近中心的縫隙，再一次向外進(jìn)行焊接。這是因?yàn)樵趦砂暹M(jìn)行焊接時(shí)會(huì)有橫向收縮和縱向收縮，因其內(nèi)部是封閉的，外部相對(duì)自由，如果由內(nèi)向外進(jìn)行焊接，可以使焊縫的橫向和縱向得到自由收縮，減小了應(yīng)力，薄板不易變形。相反的情況，如果先焊外面的焊縫，自由端被固定住了，等到進(jìn)行中心焊縫的焊接時(shí)，中心的橫向、縱向受到限制，不能進(jìn)行自有收縮，這是的應(yīng)力會(huì)很大，薄板的變形也會(huì)很大。

4 結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，做好薄板焊接變形控制，不能單一的考慮一方面，應(yīng)綜合分析各種造成焊接變形的因素，選擇合適的施工工藝，在實(shí)際施工中結(jié)合具體的情況及時(shí)調(diào)整焊接方法，以保證用最優(yōu)的方案控制好薄板焊接過(guò)程當(dāng)中的變形問(wèn)題。

［1］傅榮柏.焊接變形的控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2006.

［2］嚴(yán)紅丹.平板對(duì)接焊接變形的數(shù)值模擬.合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文［D］.2009.

［3］閻俊霞.焊接薄板結(jié)構(gòu)變形數(shù)值模擬研究.天津大學(xué)博士學(xué)位論文［D］.1999.

［4］王長(zhǎng)生，薛小懷等.薄板焊接變形的影響因素及控制.焊接技術(shù)［J］.2005，34(4):66～68.

［5］李洪奇.薄板焊接變形的控制和技術(shù)措施.黑龍江科技信息［J］.2009.