淺析焊接變形的影響因素與控制

吳天笑

摘 要：在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中，焊接是其中非常重要的一種技術(shù)，其對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的效率具有很大的影響。而在實(shí)施焊接的過程中，又存在許多因素會(huì)對(duì)焊接的質(zhì)量造成影響，如果發(fā)生焊接變形，不但會(huì)影響到焊接的最終質(zhì)量，還會(huì)給企業(yè)效益造成損失。文章就焊接變形的影響因素與控制展開研究，希望能為焊接質(zhì)量的提高提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：焊接變形；影響因素；控制

中圖分類號(hào)：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0068-02

隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，焊接技術(shù)變的越來越重要。因?yàn)楹附佑兄渌夹g(shù)所不具備的優(yōu)勢(shì)，且使用方便，成本不高，所以焊接技術(shù)就得到了人們的較高關(guān)注。然而，焊接自身的技術(shù)特點(diǎn)，又使得其易于出現(xiàn)變形。在焊接技術(shù)中，它是一種難以避免的缺陷。一旦發(fā)生焊接變形，就會(huì)給焊接質(zhì)量造成一定的影響，特別是對(duì)焊接構(gòu)件的特性、安全性都會(huì)產(chǎn)生影響，比如：會(huì)在接頭處形成冷、熱裂紋，進(jìn)而限制了焊接構(gòu)件性能的實(shí)現(xiàn)，降低生產(chǎn)效率，擴(kuò)大運(yùn)行成本。科學(xué)的設(shè)計(jì)焊接工藝，準(zhǔn)確的應(yīng)用焊接方法，是對(duì)焊接變形進(jìn)行有效控制的重要措施。因此，為了對(duì)焊接變形進(jìn)行控制，需要仔細(xì)了解焊接構(gòu)件的各種性能，并結(jié)合實(shí)際需要，制訂科學(xué)的焊接工藝，防止發(fā)生焊接變形。

1 焊接變形的影響因素

焊接變形，一般是指鋼質(zhì)構(gòu)件在焊接時(shí)，因?yàn)槭┖鸽娀〉母邷囟斐傻淖冃?，以及完成焊接后在其中出現(xiàn)的殘余變形。其中，后一種對(duì)焊接質(zhì)量的影響要更加嚴(yán)重，也會(huì)造成更大的破壞。它對(duì)構(gòu)件各個(gè)層面的影響又包括兩種：整體以及局部變形；按照變形的各自特點(diǎn)又包括：角、彎曲、收縮等變形。在其中，角變形等是局部變形，而剩余的幾種則是整體變形。而當(dāng)前出現(xiàn)較多的要數(shù)后者。

研究發(fā)現(xiàn)，焊接變形的形成，更多的是由多個(gè)原因共同作用引發(fā)的，而多數(shù)情況是在焊接階段，因?yàn)榫值卮嬖诓痪獾臒彷斎?，就?huì)引發(fā)變形。一般來說，焊接變形存在以下兩種類型：首先，是在焊接階段發(fā)生的瞬態(tài)熱變形；其次，是在常溫情況下發(fā)生的殘余變形。雖然焊接變形會(huì)遭受多個(gè)因素的影響，但總結(jié)起來可概括為：材料、結(jié)構(gòu)、工藝等三個(gè)方面。而只有真正的掌握各項(xiàng)影響因素，才能加強(qiáng)對(duì)其的控制。

1.1 材料方面

對(duì)于材料方面來說，主要是其本身的熱物理特性以及力學(xué)特性會(huì)對(duì)焊接變形造成一定影響，由于在對(duì)相應(yīng)材料進(jìn)行焊接時(shí)，其自帶的各項(xiàng)特性對(duì)加熱的耐受能力或者接受的限度，都會(huì)影響到焊接的結(jié)果。從材料的熱物理特性上來說，其熱傳導(dǎo)因子越低，會(huì)產(chǎn)生的溫度改變就會(huì)越大，進(jìn)而提升焊接變形的概率。而從材料的力學(xué)特性上來說，則要更加麻煩一些，涉及到熱膨脹特性、彈性模量等多個(gè)方面。當(dāng)其熱膨脹因子升高時(shí)，對(duì)變形產(chǎn)生的影響也就越強(qiáng)烈，它也是產(chǎn)生焊接變形的最大原因。彈性模量則與之相反，模量越大時(shí)，產(chǎn)生焊接變形的概率反而會(huì)越低。在屈服極限提升時(shí)，就會(huì)給焊接變形階段帶來一定的殘余應(yīng)力，再加上相應(yīng)應(yīng)力較大，所屬材料發(fā)生變形的儲(chǔ)存應(yīng)力提升，就非常容易引發(fā)材料的脆性裂變。此外，塑性應(yīng)變的降低，會(huì)減少焊接變形的發(fā)生。

1.2 結(jié)構(gòu)方面

在開始焊接之前，需要對(duì)各種變形原因進(jìn)行整體上的考慮，也要將材料特性與實(shí)際情況結(jié)合起來考慮，以開展科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)研究，從而減少焊接變形的發(fā)生。而結(jié)構(gòu)方面也是對(duì)焊接變形產(chǎn)生影響的一類關(guān)鍵因素，大多數(shù)時(shí)候，為了減少變形的發(fā)生，會(huì)應(yīng)用到加強(qiáng)板或者加強(qiáng)筋等措施，以實(shí)現(xiàn)一定的保護(hù)效果。只要對(duì)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)約束，焊接階段的殘余應(yīng)力也就會(huì)隨之提升，進(jìn)而減少焊接變形發(fā)生的概率。不過，在實(shí)際情況下，因?yàn)椴牧媳旧淼慕Y(jié)構(gòu)性能不可能一成不變，再有外界條件的干擾，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)特性變得異常復(fù)雜。因此，在實(shí)際情況下，為了從材料的結(jié)構(gòu)方面減少焊接變形的發(fā)生，而應(yīng)用到加強(qiáng)板等措施，就要準(zhǔn)確的計(jì)量相關(guān)尺寸大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接變形的控制。

1.3 工藝方面

可以說，工藝方面的因素會(huì)直接影響到焊接變形的發(fā)生，畢竟各項(xiàng)操作都是在工藝流程下開展的，應(yīng)用什么樣的焊接手法、順序等都會(huì)對(duì)焊接變形造成極大地影響，而這許多工序就被稱作焊接工藝。特別是焊接順序，會(huì)對(duì)焊接變形造成最為明顯的影響，不一樣的順序?qū)Σ牧蠚堄鄳?yīng)力的產(chǎn)生存在很大差別，在分布情況上也有極大的不同。此外，還要考慮到工藝參數(shù)，必須對(duì)焊接階段的所有計(jì)量參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真的分析，進(jìn)而提出易用的焊接工藝，減少焊接變形的發(fā)生。

2 焊接變形的控制

通過以上分析可知，對(duì)于焊接變形產(chǎn)生影響的因素主要包括三個(gè)方面：材料、結(jié)構(gòu)、工藝等。所以說，要對(duì)其加以控制，也就要從以上三個(gè)方面著手。下面就從材料的選取、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝措施的改進(jìn)等方面展開研究。而且這幾個(gè)方面也是互相影響的。

2.1 對(duì)于材料的選取

首先要做的是選取合適的材料。我們要注意到，材料本身所擁有的特性會(huì)對(duì)焊接變形產(chǎn)生極為關(guān)鍵的影響，因此在選取材料時(shí)，要從熱物理特性以及力學(xué)特性等方面進(jìn)行整體上的考慮。一般來說，要選取熱傳導(dǎo)因子較高的材料，如此材料的溫度改變會(huì)較低一些，有助于減少焊接變形。從力學(xué)特性上來說，要選取熱膨脹因子以及彈性模量較低的材料。不過，在實(shí)際情況下，材料所擁有的特性都具有相應(yīng)的限定，因此對(duì)于材料的選取也要做到平衡，實(shí)際上從材料的選取上對(duì)焊接變形進(jìn)行有效控制難度相當(dāng)大。在這樣的情況下，就要考慮按照材料的特性來科學(xué)的選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝措施，以此來實(shí)現(xiàn)焊接變形的控制。

2.2 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一是，對(duì)焊縫的設(shè)計(jì)要做到科學(xué)合理。在設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)于焊縫的設(shè)計(jì)要盡量地使其與截面中性軸相對(duì)，或者相近，這樣就能明顯的降低柱、梁等出現(xiàn)變形的概率。

二是，去除某些不必要的焊縫。在設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)于筋板的外形要做到合理設(shè)計(jì)并考慮到整體上的設(shè)計(jì)，盡可能的去除不必要的焊縫，從而降低焊接變形發(fā)生的可能。

三是，還要科學(xué)的設(shè)計(jì)焊接的方式及其尺寸。焊接的尺寸會(huì)對(duì)焊接變形產(chǎn)生重要影響，與工作量也有一定的關(guān)系。假如焊縫的尺寸過大，變形以及工作量也會(huì)隨之變大，因此，在保證構(gòu)件質(zhì)量的同時(shí)，在設(shè)計(jì)上盡可能的選取尺寸較小的焊縫。實(shí)踐表明，十字以及丁字接頭的受力相對(duì)大一些，在保證質(zhì)量的同時(shí)，能夠選取開坡口的焊縫，更加有助于降低變形的發(fā)生。

2.3 工藝措施的改進(jìn)

工藝措施，指的是在焊接過程中所應(yīng)用到的各項(xiàng)措施，主要包括焊前的預(yù)防、焊接過程中的控制以及焊后矯正等。在實(shí)際情況下，焊接的流程也許會(huì)有更為標(biāo)準(zhǔn)的劃分方式。所以，本文所給出的僅是考慮到焊接的某一特定環(huán)節(jié)而言的。

一是，焊前的預(yù)防。對(duì)于焊接之前來說，所能采用的應(yīng)對(duì)措施主要就是預(yù)防。首先，對(duì)于可能的變形給出一個(gè)預(yù)估，接著在進(jìn)行焊接時(shí)，做出一個(gè)與之相一致，但方向相反的設(shè)計(jì)，這樣就能與可能發(fā)生的變形互相消除。在焊接構(gòu)件是平面形狀時(shí)，為了避免發(fā)生拉伸引發(fā)的變形，在這之前能夠使其留存部分張力或者其他應(yīng)力，在后續(xù)過程中再加以去除，就能明顯的減少變形。而且，還能夠借助于剛性加固來避免變形，應(yīng)用夾具將其固定起來，能夠有效避免角或者彎曲變形等的發(fā)生。

二是，焊接過程中的控制。在這一環(huán)節(jié)，主要是通過控制焊接系數(shù)、焊接流程等措施來對(duì)焊接變形進(jìn)行有效的控制。此外，激冷措施也能夠方便的控制變形的發(fā)生，隨焊激冷的使用可以有效地減少殘余應(yīng)力，降低變形。在焊接的過程中，特別是進(jìn)行復(fù)雜的焊接時(shí)，焊接流程的選用對(duì)焊接變形的影響也是非常大的，使用不一樣的流程，能夠有效地轉(zhuǎn)移殘余應(yīng)力的分布情況。

三是，焊后矯正。在整體上完成焊接之后，變形就會(huì)變成難以改變的現(xiàn)實(shí)，因此，這時(shí)候就要采取必要措施對(duì)其加以矯正?？捎玫拇胧┌ㄒ韵聝深?，一類是對(duì)配件進(jìn)行整體上的或者局部地區(qū)的加熱，當(dāng)升高到一定溫度時(shí)進(jìn)行矯正。另一類是進(jìn)行機(jī)械矯正，可采取靜力加壓、或者是錘擊等措施，對(duì)配件施以機(jī)械壓力，恰與變形部位相反，進(jìn)而對(duì)變形進(jìn)行矯正。

3 結(jié)束語

總的來講，焊接變形會(huì)對(duì)最終的焊接質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，因此要對(duì)變形的影響因素展開研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效的控制，才能最大可能的降低焊接變形的發(fā)生。通過本文的分析，對(duì)焊接變形產(chǎn)生影響的因素涉及到多個(gè)方面，而相應(yīng)的控制措施又存在一定的局限性，因此在實(shí)際情況下，要從實(shí)際考慮，選用合適的控制措施。隨著科技的飛速發(fā)展，焊接的技術(shù)水平也在不斷提高，焊接變形的發(fā)生也會(huì)獲得更為有效的控制，當(dāng)然這也需要我們的不斷努力，從而為我國焊接技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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