焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響分析及控制措施

張興品

（中石化江鉆石油機械有限公司，湖北 武漢 430223）

根據(jù)焊接工藝的加工原理，焊接過程中會對工件局部區(qū)域輸入大量的熱量以實現(xiàn)母材和焊材的融合，這是一種復(fù)雜的局部冶金過程，一旦焊接工藝處理不當(dāng)，冷卻后易產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力，最終導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的變形。從這個角度講，如何使用合適的焊接工藝控制工件的變形，是當(dāng)前焊接相關(guān)行業(yè)必須思考的問題。

目前，不銹鋼的連接最常用的方法就是焊接。在不銹鋼的焊接過程中，有很多因素會影響焊接的質(zhì)量，任何一個不合理的因素都會導(dǎo)致不銹鋼結(jié)構(gòu)的變形以及不銹鋼本身材料的損壞。這些問題會嚴重影響焊接成品的質(zhì)量，以致焊接成品的多項功能難以完全發(fā)揮，從而會降低焊接成品的實用性。因此，本文就焊接技術(shù)對焊接變形的不利影響進行了有目的研究，可以有效地減少不銹鋼產(chǎn)品的焊接變形，提升焊接產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 焊接技術(shù)對不銹鋼焊接變形的影響

1.1 焊接方法的影響

隨著國內(nèi)工業(yè)水平不斷的提升，人們對各種各樣的工業(yè)產(chǎn)品的需求量也日益增大，從而推動了焊接方法的多樣化發(fā)展。經(jīng)過焊接研究者長時間的研究與實踐，目前，已經(jīng)具備了多樣化的焊接方法，不同的焊接方法會對工件產(chǎn)生不一樣的熱輸入。就不銹鋼材料而言，不同類型的不銹鋼材料受到溫度的影響程度是不同的，而不銹鋼焊接產(chǎn)生變形的重要原因是由于焊接過程中大量的熱能輸入造成產(chǎn)品上出現(xiàn)高溫熔融區(qū)、熱影響區(qū)以及母材的低溫區(qū)，這些不同區(qū)域的不銹鋼材料會因為不同的溫度出現(xiàn)不一樣的質(zhì)量體積，在冷卻后高溫區(qū)呈現(xiàn)拉應(yīng)力，低溫區(qū)出現(xiàn)壓應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力最終會導(dǎo)致焊接產(chǎn)品的變形。要選取合適的焊接工藝，首先，要對不銹鋼材料進行分析研究，掌握不銹鋼本身的各項材料特性，了解不銹鋼材質(zhì)受溫度的影響曲線，并選取較為合適的焊接方法，從而可以有效地降低不銹鋼焊接變形的程度，提升焊接成品的質(zhì)量。

1.2 焊接順序不同

不同的焊接順序會對工件產(chǎn)生不一樣的應(yīng)力，在這一基礎(chǔ)上影響不銹鋼焊接成品變形的最主要因素之一是焊接順序的選擇。不同的焊接順序會直接導(dǎo)致不銹鋼焊接成品內(nèi)部的應(yīng)力分布發(fā)生改變，采取較為合理的焊接順序，能夠有效地

優(yōu)化應(yīng)力的分配，進一步提升不銹鋼焊接成品的質(zhì)量。在具體的焊接過程中，要針對不銹鋼材質(zhì)本身的特性進行分析，提前明確應(yīng)該采用的焊接順序，并保證按照焊接工藝的要求實施焊接。選擇合適的焊接順序能夠有效地減緩不銹鋼焊接過程中的變形，進一步提升不銹鋼焊接成品的質(zhì)量。

1.3 焊接裝夾定位的影響

在焊接前對產(chǎn)品的各個焊接零部件進行裝夾定位，可以起到固定零部件和防止零部件因焊接應(yīng)力在焊接過程產(chǎn)生變形，因此，合適的裝夾位置和固定方式能夠有效降低焊接產(chǎn)品的變形。

在制定裝夾方式時，要優(yōu)先考慮定位方式，特別是焊接不銹鋼薄板件和異形件時。在焊接過程中，合理的定位可以減少加工誤差的累計，并起到防止焊接過程的零部件變形的作用。定位點的選取要事前評估焊接件的抗變形能力和焊接過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，定位點靠近焊接應(yīng)力較大的位置可以很好地防止不銹鋼工件變形。對于焊接殘余應(yīng)力比較大的焊接件，可以用反變形的定位方式選取定位點，給焊接工件留有變形余量，在釋放焊接應(yīng)力后滿足不銹鋼工件的尺寸要求。除了定位點的選取，夾緊方式的合理應(yīng)用也能有效減少焊接變形。

1.4 焊接工藝參數(shù)的影響

焊接參數(shù)是焊接工藝的主要構(gòu)成，主要包括焊接速度、焊接電流、焊接電壓和焊接角度等。這些參數(shù)決定了焊接過程的熱量輸入和最終的焊縫形貌，一般焊縫的形貌應(yīng)呈平坦或微凸形。合適的焊接速度滿足焊縫的填充要求。焊接件的變形也與焊接熱輸入有關(guān)，熱輸入越高焊縫熱脹冷縮越厲害，意味著變形越嚴重。增大焊接速度降低電流和電壓，是減少焊接熱輸入的主要方法。在不銹鋼的焊接工藝中，合適的焊接參數(shù)能夠有效減輕焊接變形。

2 針對不銹鋼焊接變形的解決措施

2.1 做好焊前的準備工作

在不銹鋼焊接過程開始之前，必須做好充分準備，才能夠更加有效地避免不銹鋼焊接產(chǎn)品變形情況的產(chǎn)生。充分的準備工作包括：（1）了解當(dāng)前焊接的不銹鋼構(gòu)件之間的焊裝要求以及各個不銹鋼構(gòu)建的基本材料特征，并對不銹鋼構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)分析和產(chǎn)品性能研究，確定不銹鋼構(gòu)件應(yīng)該采用哪種焊接方法和焊接工藝進行焊接。同時，通過了解不銹鋼材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特征，確定應(yīng)力集中區(qū)域和易變形位置，優(yōu)化整個產(chǎn)品的焊接順序，使產(chǎn)品整體呈現(xiàn)較為合理的應(yīng)力分布，能夠有效地減小不銹鋼產(chǎn)品的變形；（2）對不銹鋼產(chǎn)品的常見變形進行分析和研究，通過研究歸納出針對該不銹鋼產(chǎn)品的預(yù)防變形的方案，并設(shè)計焊接過程中的變位器和焊接夾具，合適的焊接夾具可以避免焊接過程中的零部件因焊接應(yīng)力發(fā)生位置改變，通過保證不銹鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性，防止不銹鋼焊接構(gòu)件的變形。夾具上的反變形定位可以在減少焊接殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)上保證焊接尺寸，防止不銹鋼產(chǎn)品后續(xù)變形。用變位器改變不銹鋼產(chǎn)品焊縫的位置，使焊接更容易實施，焊縫成型會更好、變形更小。綜上所述，通過提前分析和預(yù)防，采取多樣化的手段來防止不銹鋼變形是十分必要的。

2.2 加強焊接過程的質(zhì)量控制

焊接過程是整個不銹鋼結(jié)構(gòu)件加工的最重要環(huán)節(jié)，防止不銹鋼焊接變形的主要的方式是對焊接過程工作進行監(jiān)督和控制。通過采取提前編制技術(shù)規(guī)范、實施現(xiàn)場監(jiān)督、要求作業(yè)人員按照焊接技術(shù)要求對焊接件進行預(yù)處理、焊接零部件按照技術(shù)規(guī)范進行裝夾定位以及焊接參數(shù)滿足工藝要求的控制措施，達到提升焊接質(zhì)量及防止不銹鋼焊接構(gòu)件變形的目的，從而進一步提升不銹鋼焊接構(gòu)件質(zhì)量的穩(wěn)定性。除此之外，還要對焊接設(shè)備定期進行檢修，對焊接工裝進行維護，保證焊接過程在一個穩(wěn)定的環(huán)境內(nèi)進行。對批量生產(chǎn)的不銹鋼焊接件，要做好首檢和抽檢工作，根據(jù)產(chǎn)品變形情況，要及時返修和處理。其次，在具體的焊接過程中，要對焊接工作人員進行專業(yè)技術(shù)知識考核，保證焊接工作人員能夠按照標準規(guī)范的進行焊接操作。采取以上措施可以有效保證焊接工作的順利進行，并能夠提升不銹鋼焊接構(gòu)件的質(zhì)量。

2.3 建設(shè)健全的事后補救機制

焊接過程中很容易由于焊接人員的操作不當(dāng)以及各種各樣的因素影響導(dǎo)致不銹鋼焊接構(gòu)件變形的產(chǎn)生。因此，不銹鋼構(gòu)件一旦在焊接完成后產(chǎn)生了變形，就必須采取有效的措施進行補救。不銹鋼焊接構(gòu)件產(chǎn)生變形是由于內(nèi)部的應(yīng)力不平衡引起的，應(yīng)了解當(dāng)前不銹鋼焊接構(gòu)件變形產(chǎn)生的具體原因，采取合理的措施矯正不銹鋼的變形?？捎糜诓讳P鋼焊接構(gòu)件變形的矯正方法有：（1）采用機械施加外力的方式來矯正不銹鋼的變形，由于變形程度不一致，這種模式一般以人力矯正的方式為主。需要注意的是，人力矯正要求矯正的工作人員具備較為豐富的工作經(jīng)驗以及較強的專業(yè)技術(shù)，能夠在避免裂縫壓痕等不良情況下完成不銹鋼構(gòu)件的變形矯正。（2）采取對不銹鋼焊接構(gòu)件變形部位進行加熱的糾正方式，這種方式的主要工作原理是加熱可以使構(gòu)件消除焊接殘余應(yīng)力，通過這種方法來矯正不銹鋼焊接構(gòu)件中的變形部位不容易反彈。在具體的變形矯正過程中，靈活運用以上兩種矯正方式來提升不銹鋼焊接變形部位的矯正效率，從而進一步提升不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量。

3 結(jié)語

在焊接工藝方面對不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)件變形問題，可以采取焊前做好充分的分析和試驗驗證，制定有效的技術(shù)方案。通過控制焊接過程，嚴格要求操作人員按照技術(shù)要求實施焊接。對焊接變形的產(chǎn)品采取合適的方法進行矯正，并通過分析焊接變形原因優(yōu)化不銹鋼焊接技術(shù)，推動不銹鋼焊接技術(shù)的進步。