探究薄板焊接變形問題及其控制措施

宋兆俊

摘要：薄板焊接是焊接工業(yè)施工中的一項重要工作，應(yīng)用也非常廣泛，可以用作設(shè)備輔助平臺、廠房參觀走廊平臺等。在實際需求中許多產(chǎn)品會要求質(zhì)量且重量比較輕巧，這就需要再施工中采用薄板材料。但是我國在薄板焊接工藝方法比較陳舊，先進技術(shù)應(yīng)用不廣泛，所以為了保證薄板焊接質(zhì)量，必須采用合理的焊接工藝，加強各環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)控，最大程度地減小變形，從而保證薄板焊接的工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：薄板;焊接變形;影響因素

1、薄板變形的物理現(xiàn)象

在薄板焊接過程中一般會產(chǎn)生的壓曲和變形兩種物理現(xiàn)象，這就是所謂的板殼理論。焊接薄板時，可以將薄板分為焊接區(qū)和非焊接區(qū)，一般在焊接區(qū)會產(chǎn)生較大的變形量，在非焊接區(qū)一般不會因為焊接引起焊接變形。但是因為薄板的厚度很薄，所以在實際操作過程中，一個焊接操作工人的重量都可以使薄板產(chǎn)生一定的變形。所以，在薄板焊接過程中我們很難保證薄板焊接不產(chǎn)生變形，這些變形必將會影響焊接的質(zhì)量，這也是我們對薄板焊接工藝進行研究的價值所在，我們需要在不能完全消除的前提下盡量減少在薄板焊接過程中的變形，提高薄板焊接的合格率。

2、薄板焊接發(fā)生問題的主要原因剖析

從力學(xué)的角度出發(fā)，薄板焊接出現(xiàn)變形的主要原因是在焊接人員焊接器件時，由于薄板的不同部位溫度存在差異，因此產(chǎn)生了對應(yīng)的殘余應(yīng)力，最終出現(xiàn)薄板出現(xiàn)形狀變化。焊接件變形的影響因素主要涉及切割方法、焊接方法、點固焊工藝、焊接熱輸入和薄板厚度幾個方面。

2.1切割方法和切割質(zhì)量的因素

激光切割與等離子切割是當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的切割技術(shù)，激光切割相對來說性能比較優(yōu)越，這得益于激光切割的熱源集中，瞬間將板材切開，因此熱效應(yīng)小，由此產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也比較小，不容易出現(xiàn)變形的情況，而且其開口也相對平整。與此同時，等離子切割的邊緣會不均勻，容易造成焊接后焊縫凸起。相反，激光切割后材料由于比較整齊平整，在焊接后焊縫相對平坦，凸起的現(xiàn)象不容易發(fā)生。通過以上分析，焊接材料在進行切割時，控制切割精度對保證切割質(zhì)量有重要的影響。

2.2焊接方法的分析

焊接方法由具體的焊接工藝決定，采用什么樣的焊接工藝在一定程度上決定著薄板的焊接質(zhì)量。在選取焊接工藝時，要根據(jù)板材的厚度，具體控制焊縫的高度和寬度及均勻性;選取適當(dāng)?shù)碾娏?選擇合適的焊條;起弧和收弧的控制;牢固度的控制等，焊接結(jié)束后要從外觀上也可以分析具體的焊接質(zhì)量。

2.3點固焊工藝的因素

在點焊施工中，焊點間距的控制十分重要，焊點間距的選擇在一定程度上會關(guān)系到焊接質(zhì)量，技術(shù)人員應(yīng)該依據(jù)實際情況選擇合適的焊接工藝，嚴(yán)格控制焊接變形。同時，我們需要將焊點的數(shù)量、距離等參數(shù)考慮在內(nèi)。如果選用不合適的點焊工藝，會對焊接前后的殘余應(yīng)力將失去正常的控制，造成焊接質(zhì)量無法得到保證。在選擇焊接尺寸時也應(yīng)該格外注意，倘若選擇過大的尺寸，那么焊縫的背面將不會完全穿透，并且將損害接頭的完整性。倘若選用的尺寸較小，則在焊接過程中板材會破裂，導(dǎo)致無法保證焊接間隙。由此可見，如果相對薄板焊接變形采取有效措施，就需要處理好點固焊工藝的注意事項。

2.4熱輸入對焊接質(zhì)量的影響

眾所周知，焊接熱輸入能夠?qū)堄鄳?yīng)力產(chǎn)生一定的作用，從而引起焊接器件的變形。為了盡可能降低焊接應(yīng)力和變形程度，我們需要盡可能少地使用焊接，以確保不會對焊接成型產(chǎn)生負面影響。一旦選用時間焊接，就需要匹配三元甚至四元保護氣體以保證焊接的順利進行。

2.5薄板厚度的因素

如果焊接的鋼板厚比較厚，則鋼板的抗彎性相對較大，焊接鋼板也就不容易出現(xiàn)變形。相反，如果鋼板的厚度相對較薄，那么在實際的焊接過程中，鋼板就無法對焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力進行有效應(yīng)對，就會造成薄板的彎曲，進而產(chǎn)生較大幅度的變形。

3、薄板焊接質(zhì)量控制方法

3.1選擇合理的焊接工藝

在焊接過程中選擇合理的焊接工藝對提高焊接質(zhì)量有很大的幫助。通過對薄板焊接的不斷摸索與總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)采用具有熔敷力較高的技術(shù)和盡量減少焊道的辦法，可以很大程度上提高焊縫的焊接質(zhì)量。除此之外，采用具有較小的熱輸入焊條，可以很好地控制焊接變形。因為薄板焊接過程中縱向撓曲變形對焊接熱輸入非常敏感，熱輸入較大時會引起薄板焊接過程中的嚴(yán)重變形。

3.2合理使用點固焊

點固焊是焊接工藝中比較常用的焊接方式，因為點固焊不僅可以保證焊接間隙，而且可以使被焊接的板材具有一定的抗變形能力。但是，在進行薄板焊接時就需要考慮點固焊焊點的數(shù)量、尺寸以及焊點之間的距離。點焊尺寸過小，可能會導(dǎo)致焊接過程中焊縫產(chǎn)生開裂，不能滿足使用要求;點焊尺寸過大，又可能導(dǎo)致焊道背面未充分熔透，影響接頭的完整性。所以在進行薄板焊接時，使用點固焊的方式時需要注意點固焊尺寸的大小，根據(jù)所進行焊接的工件，有效合理地進行選擇。

3.3焊接前制定控制措施

將焊接件固定起來進行焊接，可以增加其剛性，達到減小焊接變形的目的，同時應(yīng)注意需要采用設(shè)計合理的焊胎夾具。當(dāng)焊接薄板面積較大，焊縫較長時，對焊板進行固定時應(yīng)在焊板兩側(cè)進行固定，這樣可以很大程度地減少焊板變形。焊接之前還可以采用較小直徑的焊條進行點焊，目的是為了增加焊件的剛性和減小焊接變形。這是在焊接進行前可以做好的控制措施，可以減少焊接變形，保證焊接質(zhì)量。

3.4焊接過程中控制措施

根據(jù)實踐研究發(fā)現(xiàn)，在焊接過程中，采用特殊的方法，例如：減小焊接熱輸入或溫差法都可以使焊接區(qū)的溫度降低，減少變形。雖然這種方法可以減小變形，在一定程度上降低殘余應(yīng)力，但卻很難做到完全消除變形。要想徹底解決焊接引起的焊接變形問題，需要從根本上解決薄板壁構(gòu)件焊接變形的特殊問題。對于薄板焊接變形中最主要的影響因素是薄壁構(gòu)件的低應(yīng)力影響因素，其實要想阻止薄板變形需要采取措施阻止薄板工件的瞬、態(tài)面外失不穩(wěn)變形，在日常操作中可以通過不同程度的溫度差，降低薄板不同邊緣的受力情況，保證有效的溫差拉伸效應(yīng)。這樣即使有應(yīng)力變形問題也可以在焊接過程中對熱應(yīng)力、應(yīng)變的產(chǎn)生和發(fā)展過程進行實時而積極的定量控制及調(diào)整，這樣的焊接操作就可以保證原有薄板的平直狀態(tài)并且不發(fā)生失穩(wěn)變形。

3.5焊接后控制措施

薄板焊接產(chǎn)生的焊接變形，在焊接后對變形進行控制也是減少變形的有效方法。焊接后的控制措施一般有以下幾種方法，第一機械校正，機械校正法是比較常用的一種矯正方法，不僅方法簡單而且效果比較明顯，主要方法是利用機械作用力矯正焊接后的變形結(jié)構(gòu)。滾床是進行機械矯正的主要工具，在滾床的作用下可以使變形量得到改善，一般采用滾床進行機械矯正需要進行前后兩次滾壓。第二火焰矯正，火焰矯正法是在薄板焊接完成后再對薄板部分位置進行集中加熱，然后再經(jīng)過冷卻，這樣薄板焊接后產(chǎn)生變形是部位產(chǎn)生不可逆的塑性變形，這樣會使整個薄板的變形得到校正，達到質(zhì)量要求。

4、總結(jié)

通過上述分析可知，不能僅從一個角度來分析焊接變形的影響因素。首先應(yīng)該對焊接變形的因素進行綜合的分析和探討，然后焊接人員要根據(jù)實際情況來選取合適的施工工藝，并參考實際焊接情形適時選取科學(xué)的焊接技術(shù)，盡量保證在應(yīng)用最佳方案時防止薄板焊接的變形問題。