焊接變形的控制及預(yù)防措施探究

張恩宇

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，焊接是一種最為常見的操作內(nèi)容，但在執(zhí)行實(shí)際生產(chǎn)工作的時(shí)候，焊工也常常會面對焊接變形的問題。在進(jìn)一步的分析中發(fā)現(xiàn)，造成焊接形變的問題較為多樣化，要想對這方面的內(nèi)容進(jìn)行合理控制及預(yù)防，那么需要結(jié)合實(shí)際情況利用多種焊接變形的實(shí)例，研究整體的控制方法，這樣才能取得理想的焊接工藝。文章對焊接變形的控制及預(yù)防措施進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：焊接變形；控制及預(yù)防；措施探究

在焊接過程中，由于焊縫金屬和基礎(chǔ)材料的冷熱循環(huán)問題所引發(fā)的收縮、膨脹，被稱之為是焊接變形問題。在進(jìn)行焊接工作的時(shí)候，沿著同一邊進(jìn)行焊接，可能會引發(fā)變形超過兩邊交叉焊接，并且由于焊接所引發(fā)的冷熱循環(huán)中，會對金屬的收縮性造成影響，并導(dǎo)致變形問題的出現(xiàn)，像金屬在受熱過程中，其機(jī)械、物理性能都會有所變化，當(dāng)熱膨脹增大、熱量增大的時(shí)候，焊接區(qū)域的溫度會升高，進(jìn)而導(dǎo)致焊接區(qū)域鋼板的彈性、曲強(qiáng)度和熱導(dǎo)性能出現(xiàn)降低的情況。

1 焊接變形的主要形式

1焊接變形的形式主要有收縮變形、彎曲變形、扭曲變形、角變形、錯(cuò)邊變形和波浪變形等幾種，不同變形情況的原因也是不同。收縮變形的內(nèi)容主要是在焊接過程中，焊縫縱向與橫向的收縮問題所造成的；彎曲變形則是在對焊縫進(jìn)行布置的過程匯總，出現(xiàn)了不對稱的問題，導(dǎo)致焊縫多的一面產(chǎn)生了較大的收縮量，進(jìn)而引發(fā)工件彎曲；扭曲變形是在焊接過程中，出現(xiàn)了不合理的焊接順序、焊接方向，造成工件發(fā)生扭曲，這種情況又被稱之為螺旋形變形；角變形是由于V型坡口對接焊縫的布置存在較大的誤差，導(dǎo)致焊縫上下橫向收縮量均勻程度不足，進(jìn)而引發(fā)變形問題；錯(cuò)邊變形是由于在焊接過程中，兩塊板材的熱膨脹程度存在著較大的差異性，所以導(dǎo)致長度、厚度的方向上產(chǎn)生了錯(cuò)邊問題；波浪變形則主要發(fā)生在薄板焊接的過程中，由于焊縫帶來的收縮力，導(dǎo)致薄板局部壓應(yīng)力失去了原先的穩(wěn)定性，焊后導(dǎo)致構(gòu)建發(fā)生波浪狀的變形問題。

2 焊接變形的主要影響因素

在焊接受熱的過程中，焊接金屬和基材會受到膨脹、收縮等因素的作用，并且焊縫和基材會因?yàn)榫植康募訜幔霈F(xiàn)較大的溫度梯度。在冷卻過程中，焊接金屬在溫度回歸的過程中，其體積會收縮到正常狀態(tài)，但是熔化的焊接金屬，則會由于基材所給予的約束力，導(dǎo)致焊縫附近的區(qū)域發(fā)生彎曲變形的問題，當(dāng)這些變形超過金屬屈服應(yīng)力，進(jìn)行集中釋放后，就會造成材料的永久變形。金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)會在焊接不均勻的加熱、冷卻情況下，產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，這股力被稱作為是焊接應(yīng)力，而在焊接應(yīng)力作用下發(fā)生的變形，則又被稱作是焊接變形。

2.1 材料因素

在對金屬進(jìn)行焊接的過程中，發(fā)生變形的一項(xiàng)主要因素就是材料因素。由于一些金屬的化學(xué)成分存在著較大的差異性，所以其所造成的焊接程度也截然不同。在調(diào)查中了解到，一些材料的碳含量成分較高，在對這些材料進(jìn)行焊接的時(shí)候，比較容易發(fā)生變形問題。

2.2 組織設(shè)計(jì)因素

在對焊接內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，組織設(shè)計(jì)因素是影響焊接變形的一個(gè)重要問題，盡管在執(zhí)行焊接任務(wù)的時(shí)候，由于焊接殘余應(yīng)力的增加，焊接的變形狀況會相應(yīng)降低，但是在焊接變形的過程中，工件本身的拘束度也處在一個(gè)波動變化的狀態(tài)，在焊接過程中，復(fù)雜結(jié)構(gòu)自身的拘束作用會占據(jù)主導(dǎo)作用，對焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果不注重焊接的拘束設(shè)計(jì)，那么可能會導(dǎo)致焊機(jī)發(fā)生不穩(wěn)定的問題，進(jìn)而在焊接過程中發(fā)生變形。

2.3 工藝因素

在對產(chǎn)品進(jìn)行焊接操作的時(shí)候，發(fā)生變形的一些原因，主要來源于焊接技術(shù)的問題，像焊接工藝不夠，就容易導(dǎo)致焊接過程中材料發(fā)生變形，并且在進(jìn)一步的調(diào)查中了解到，當(dāng)前一些工業(yè)生產(chǎn)，其焊接工藝水平還有待提升，在焊接的時(shí)候，傳統(tǒng)焊接工藝很容易導(dǎo)致材料發(fā)生變形問題，對于工業(yè)生產(chǎn)水平的提升也極為不利。

3 焊接變形的控制及預(yù)防措施

在對焊接變形問題進(jìn)行控制的時(shí)候，需要對實(shí)際的焊接工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行考量，結(jié)合焊接過程中的冷熱循環(huán)問題，展開有效地克服。收縮問題無法消除，但是仍舊可以進(jìn)行控制及預(yù)防，在具體執(zhí)行的過程中，不妨從以下這幾個(gè)方面入手。

3.1 避免過量焊接問題

如果在焊接過程中，在焊接點(diǎn)上使用過多的金屬進(jìn)行填充，那么勢必會引發(fā)材料出現(xiàn)較大的變形。所以工作人員在執(zhí)行工作前，不妨制定出正確的焊縫尺寸，這樣在降低焊接變形問題的同時(shí)，還可以節(jié)省焊材，有效提升工作效率。對于填充焊縫的焊接金屬量，工作人員可以將其控制在最小，焊縫整體應(yīng)該呈現(xiàn)為微凸形、平坦形，過量對金屬進(jìn)行焊接，不僅不會對強(qiáng)度進(jìn)行增加，同時(shí)還有可能會增加收縮力，增加焊接變形的可能。當(dāng)然，如果一些焊接過程對于變形問題并未進(jìn)行有效的說明，那么可以選擇常規(guī)化的焊接接頭來執(zhí)行工作；如果遇到較大的變形情況，可以利用焊接金屬填充來對焊接應(yīng)力作出適當(dāng)平衡。

3.2 減少焊道

在進(jìn)行焊接操作的過程中，利用粗焊絲、少焊道的方法，要比利用細(xì)焊絲、多焊道的方法更能降低材料的變形問題。在利用多焊道進(jìn)行工作的時(shí)候，每一條焊道都有可能會引發(fā)收縮問題，且會增加焊縫的總收縮量，并且在實(shí)際應(yīng)用的過程中，利用粗焊條進(jìn)行的少焊道焊接操作，能夠取得更佳的工藝效果。當(dāng)然，工作人員這里也需要注意一點(diǎn)，那就是利用粗焊絲進(jìn)行少焊道操作的時(shí)候，也需要對材質(zhì)情況進(jìn)行切實(shí)的把握，像一般的低碳鋼就比較適合運(yùn)用這類方法進(jìn)行焊接處理，但是針對那些高碳鋼、不銹鋼，利用細(xì)焊絲進(jìn)行多焊道的操作方能取得相應(yīng)的焊接成果。

3.3 將焊縫設(shè)置在中和軸

在執(zhí)行焊接工作的時(shí)候，為了對焊接變形問題進(jìn)行控制，工作人員可以借助杠桿作用的原理，利用收縮力將鋼板向外進(jìn)行拉伸，進(jìn)而起到對焊件進(jìn)行調(diào)整的目的，確保焊接變形量被控制在最小。還有，將焊縫設(shè)置在中和軸的時(shí)候，堆成焊接能夠減少工件的焊接變形問題，低抵消部分收縮力。但是在應(yīng)用過程中需要注意，焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整個(gè)焊接順序的布置，也應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行，避免出現(xiàn)不當(dāng)?shù)牟僮鲉栴}。

3.4 采取逆向分段焊接

逆向分段焊接的操作內(nèi)容主要就是指在總的焊接方向選擇上，可以采取從左往右的工作順序，而分段焊接的方向，則是要從右往左。對于每個(gè)焊段都需要利用分割式的方法進(jìn)行，受熱部分發(fā)生膨脹的時(shí)候，分段應(yīng)該從左端向右端進(jìn)行焊接，但是如果膨脹沿著鋼板逆向進(jìn)行擴(kuò)散，那么這時(shí)分段焊接的操作則取決于第一焊段的實(shí)際設(shè)置情況。高質(zhì)量的焊縫分段焊接，都是由于前一焊段的剛性約束較小，使材料發(fā)生的變形問題得到了良好的控制，逆向分段焊接技術(shù)在自動焊接的過程中，受到了較大的制約。

3.5 反變形技術(shù)

在進(jìn)行焊接工作之前，工作人員可以使零件朝著與焊接變形相反的方向進(jìn)行傾斜、彎曲操作，這樣在后續(xù)焊接過程中，如果材料發(fā)生形變，那么可以和預(yù)置量進(jìn)行一定的抵消。當(dāng)然，在針對反變形內(nèi)容進(jìn)行預(yù)置量設(shè)計(jì)的時(shí)候，其數(shù)據(jù)內(nèi)容需要經(jīng)過縝密的計(jì)算和多樣的試驗(yàn)進(jìn)行確定。對焊接零件進(jìn)行預(yù)彎、預(yù)拱和預(yù)置的時(shí)候，需要利用到反向的機(jī)械力，這是抵消焊接應(yīng)力的一種簡單方式，在對工件進(jìn)行預(yù)置時(shí)，可以產(chǎn)生使工件與焊縫收縮應(yīng)力相反的變形，焊前的預(yù)置變形，與焊后的變形問題相互抵消，進(jìn)而在工件上達(dá)到理想的平面；另一種平衡收縮力的應(yīng)用方法，則是將同樣的焊接工作進(jìn)行相對應(yīng)的放置，并利用器械對其進(jìn)行夾緊，抵消二者的形變情況，在進(jìn)行預(yù)彎操作的時(shí)候，也可以采取這種方法，不過需要注意，楔子需要被放置到合理的位置上。

3.6 焊接順序

在確定焊接順序的時(shí)候，需要根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)形式來進(jìn)行確定，確保工件結(jié)構(gòu)可以在同一位置上進(jìn)行收縮。像如果需要在工件中和軸處加工雙面坡口，利用多層焊接時(shí)確定工藝的執(zhí)行順序；而在角焊縫中，可以利用間斷式的焊接操作，這樣可以令上一道焊接的收縮力和下一道焊接的收縮力進(jìn)行平衡。在對所需要的位置進(jìn)行固定時(shí)，可以采用工裝夾具來增強(qiáng)材料的剛性，盡可能降低焊接變形問題，這種方法主要被應(yīng)用在小工件的焊接上，外力的介入會增大焊接的應(yīng)力，所以比較適合那些低碳鋼結(jié)構(gòu)。

3.7 焊后去除收縮力

抵消焊縫收縮力問題也是降低焊接變形的關(guān)鍵點(diǎn)。像在執(zhí)行的過程中，利用敲擊的方法，可以延長焊縫，令其變薄，進(jìn)而消除彈性變形的情況。但在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，工作人員需要注意，對于焊縫根部不能進(jìn)行敲擊，否則可能會產(chǎn)生裂紋；還有像蓋面焊道部位，也不能直接進(jìn)行敲擊，否則會產(chǎn)生硬化效果，反而增大形變量；熱處理的方法也能夠?qū)κ湛s力進(jìn)行控制，對工件溫度進(jìn)行控制，也可以有效預(yù)防變形問題。

4 結(jié)語

總而言之，針對焊接變形的控制及預(yù)防內(nèi)容，相關(guān)工作人員需要給予高度的重視，結(jié)合實(shí)際情況，從基礎(chǔ)內(nèi)容入手，切實(shí)提升工業(yè)焊接質(zhì)量，為我國社會主義的建設(shè)起到一定的推動作用。