焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的影響研究

摘要：不銹鋼性能優(yōu)良、綜合條件好，在諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，焊接是不銹鋼連接的最常見(jiàn)方式。但在不銹鋼焊接期間可能會(huì)出現(xiàn)變形情況，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成較大影響。因此，掌握焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的影響有著重要意義，但目前關(guān)于焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的研究存在不足?；诖耍治隽瞬讳P鋼焊接變形的危害，從焊接方法、焊接參數(shù)、焊接順序、焊件拘束度等方面提出焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的影響，并探究焊接變形的控制措施，包括優(yōu)化焊接工藝、合理設(shè)置焊接順序、采用預(yù)變形法、采用剛性固定法等，還在降低不銹鋼焊接變形，保證產(chǎn)品加工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：不銹鋼不銹鋼性能焊接變形焊接工藝焊接方法

ResearchontheInfluenceofWeldingProcessonStainlessSteelWeldingDeformation

LIKun

LanzhouModernVocationalCollege，Lanzhou，GansuProvince，730314China

Abstract：Stainlesssteelhasexcellentperformanceandcomprehensiveconditions，andiswidelyusedinmanyfields.Weldingisthemostcommonwayofstainlesssteelconnection.However，deformationmayoccurduringstainlesssteelwelding，whichhasagreatimpactonproductquality.Therefore，itisofgreatsignificancetomastertheinfluenceofweldingprocessonstainlesssteelweldingdeformation.However，thereiscurrentlyinsufficientresearchontheeffectofweldingprocessesonstainlesssteelweldingdeformation.Basedonthis，theharmofstainlesssteelweldingdeformationisanalyzed，andtheinfluence ofweldingprocessonstainlesssteelweldingdeformationisproposedfromtheaspectsofweldingmethod，weldingparameters，weldingsequence，weldmentrestraint，etc.，andthecontrolmeasuresofweldingdeformationareexplored，includingoptimizingweldingprocess，reasonablysettingweldingsequence，usingpredeformationmethod，usingrigidfixationmethod，etc.，whichalsoreducestainlesssteelweldingdeformationandensureproductprocessingquality.

KeyWords：Stainlesssteel;Stainlesssteelperformance;Weldingdeformation;Weldingprocess;Weldingmethod

不銹鋼由于性能卓越，已然成為當(dāng)代工業(yè)體系中的重要材料。不銹鋼連接主要采用焊接技術(shù)，但焊接期間造成的不銹鋼焊接變形問(wèn)題一直都是行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。焊接變形不僅會(huì)對(duì)不銹鋼制品外觀，同時(shí)也會(huì)影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、降低其使用性能。目前，對(duì)焊接工藝和不銹鋼變形之間的研究尚顯不足。通過(guò)明確焊接工藝對(duì)焊接變形的影響機(jī)理，對(duì)保證變形控制、提高焊接質(zhì)量有著重要意義。這就需要進(jìn)一步分析各類(lèi)焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的影響因素，從而采取有效的應(yīng)對(duì)策略，降低焊接時(shí)不銹鋼的變形量。

1不銹鋼焊接變形的類(lèi)型與危害

1.1不銹鋼焊接變形的類(lèi)型

1.1.1收縮變形

收縮變形是指焊縫冷卻期間，由于熱脹冷縮的效應(yīng)影響，冷卻期間會(huì)沿著焊縫長(zhǎng)度方向發(fā)生緊縮，導(dǎo)致焊件尺寸減小。

1.1.2角變形

該變形種類(lèi)是指焊接焊透厚度方向產(chǎn)生不均勻收縮，應(yīng)力較弱的一側(cè)屈服，導(dǎo)致接頭部位彎曲。

1.1.3彎曲變形

焊縫不對(duì)稱(chēng)分布、焊接順序不科學(xué)等問(wèn)題導(dǎo)致焊件產(chǎn)生應(yīng)力彎曲。

1.1.4波浪變形

主要出現(xiàn)在較薄的不銹鋼板中，不銹鋼薄板上呈現(xiàn)為波浪起伏狀態(tài)。

1.1.5扭曲變形

是指焊件焊接期間受到多種復(fù)雜的拘束作用影響及不均勻加熱影響，從而造成的整體扭轉(zhuǎn)問(wèn)題。

1.2危害

不銹鋼焊接變形的危害較大，不僅會(huì)降低焊接件的結(jié)構(gòu)尺寸降低，難以滿足裝配需求，同時(shí)還會(huì)加大后期的加工成本和難度。例如：機(jī)械制造期間，焊接變形會(huì)造成零部件無(wú)法精準(zhǔn)安裝，影響設(shè)備正常運(yùn)行以及安全性。焊接變形還會(huì)造成接頭部位存在較大的殘余應(yīng)力，造成焊接接口部位開(kāi)裂、疲勞失效等問(wèn)題，降低了焊接件的使用壽命、使用安全[1]。

2焊接工藝對(duì)焊接變形的影響因素

2.1焊接方法

不銹鋼的焊接方法有很多，如焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、鎢極氬弧焊等，不同的熱量輸入及焊接速度對(duì)焊接變形的影響也存在差異。通常情況下，所輸入的熱量越大，焊接變形量就越大，二者成正比關(guān)系。例如：焊條電弧焊由于熱效率低、熱量輸入量大，因此理論上焊接變形量相比其他焊接方法就更大。其余兩種焊接方法的焊接熱效率、熱量輸入量更少，可減少焊接變形量。

2.2焊接參數(shù)

焊接參數(shù)主要包括電流、電壓、焊接速度等參數(shù)，這些參數(shù)的大小會(huì)對(duì)焊接熱輸入、焊縫冷卻速度直接產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)焊接變形產(chǎn)生影響。通常焊接電流、焊接速度會(huì)直接影響焊接變形量，例如：焊接電流從100A提升至150A，則焊接變形量理論上可提升50%以上。同時(shí)，焊接電壓變化也會(huì)影響不銹鋼的焊接質(zhì)量，如果焊接電壓過(guò)大，則會(huì)加大不銹鋼焊接變形概率。通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)查詢(xún)表明，焊接速度每降低10cm/min，則焊接變形量會(huì)增大2mm左右[2]。

2.3焊接順利

焊接順序是否合理也會(huì)對(duì)焊接變形造成影響。采用對(duì)稱(chēng)焊接、分段退焊順序，可以提高焊接期間熱量分布的均勻性，從而減少冷熱應(yīng)力，降低變形量。例如：在長(zhǎng)焊縫焊接期間，采用分段退焊順序可有效控制不銹鋼的焊接變形量，將其控制在指定范圍內(nèi)。

2.4焊件拘束度

焊件拘束度和焊接變形成反比關(guān)系，也就是焊件拘束度越小，焊接變形量就越大；反之，焊件拘束度越大、焊接變形越大，但也會(huì)增加殘余應(yīng)力。在焊接作業(yè)中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)設(shè)定焊件拘束度，例如：在大型構(gòu)件焊接期間，可采用夾具、支撐等方法提升焊件拘束度，避免過(guò)大的焊接變形。如果拘束度過(guò)大，可能在焊件接頭部位產(chǎn)生裂紋等缺陷。

3不銹鋼焊接變形的控制技術(shù)

3.1預(yù)變形法

焊接前對(duì)不銹鋼焊件進(jìn)行預(yù)變形，從而補(bǔ)償焊接期間所產(chǎn)生的變形應(yīng)力。該方法需要結(jié)合焊接變形預(yù)測(cè)結(jié)果，精準(zhǔn)計(jì)算焊接變形量以及變形方向。例如：針對(duì)容易發(fā)生彎曲變形的不銹鋼焊件，可將未焊接的焊件向反方向彎曲一定量，在焊接期間產(chǎn)生的反向作用力，將不銹鋼焊件恢復(fù)到平整狀態(tài)。

3.2剛性固定法

該方法是采用夾具等工具將不銹鋼焊件固定住，從而限制其產(chǎn)生焊接變形情況，但在應(yīng)用中需要避免過(guò)度拘束導(dǎo)致焊線處殘余應(yīng)力過(guò)大。特別是一些關(guān)鍵部位、變形要求高的焊件焊接期間可采用剛性固定法。例如：在管道焊接中，可使用卡箍等工具固定管道，減少焊接變形量。過(guò)度剛性固定會(huì)增大接頭部位參與應(yīng)力，最終會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成影響。

3.3散熱法

不銹鋼焊件變形的根本原因是熱脹冷縮產(chǎn)生的強(qiáng)大應(yīng)力，而散熱法就是借助強(qiáng)制冷縮等散熱方法，提高焊縫冷卻速度，從而減少焊縫變形問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，在焊接附近設(shè)置冷卻裝置，如風(fēng)冷裝置、噴水冷卻裝置等，用于降低焊縫溫度，降低變形量參數(shù)?？茖W(xué)應(yīng)用散熱法可明顯降低不銹鋼焊件的變形量。

4不銹鋼焊接變形控制的有效措施

針對(duì)上述造成不銹鋼焊接變形的主要原因，可通過(guò)采取一系列的綜合性防控措施，根據(jù)不銹鋼焊件的焊接輕鋼和材質(zhì)特性，科學(xué)地選擇焊接工藝、調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，從而控制不銹鋼焊件焊接變形量，保障不銹鋼產(chǎn)品焊接質(zhì)量和產(chǎn)品性能。

4.1合理設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)

不銹鋼焊件設(shè)計(jì)階段，就要全方位考慮焊接變形的可能性。如不銹鋼板厚度為10mm，通過(guò)對(duì)焊接接頭的尺寸、形式進(jìn)行優(yōu)化，可有效減少30%左右的焊縫數(shù)量，從而降低焊接期間的熱輸入量、拘束度等，通常減少幅度達(dá)到25%左右?？傊诤附咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免使焊接結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，同時(shí)還要科學(xué)設(shè)置焊縫位置[3]。

4.2選擇合適的焊接工藝

4.2.1焊接方法選擇

不同的焊接方法對(duì)不銹鋼焊件焊接變形的影響不同。在相同的條件下，采用氬弧焊焊接方法所產(chǎn)生的相對(duì)變形量更小，例如：在5mm的不銹鋼板焊接中，相較于焊條電弧焊，采用氬弧焊焊接可以使變形量降低40%以上。所以，在條件允許的情況下，盡可能地使用氬弧焊代替電弧焊。

4.2.2焊接工藝參數(shù)

嚴(yán)格控制不銹鋼焊件焊接時(shí)的電流、電壓、焊接速度等參數(shù)。通常在焊接電流降低20A、電壓降低5V、焊接速度提升10cm/min時(shí)，其熱輸出量?jī)H有之前的60%，從而減少不銹鋼焊件變形問(wèn)題的出現(xiàn)。另外，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置焊接順序，積極采用對(duì)稱(chēng)焊接等有效方案，保持焊接期間熱能分布更加均勻，避免出現(xiàn)不均變形[4]。

4.2.3優(yōu)化焊接工藝

焊接期間應(yīng)選擇合適的焊接方法和參數(shù)，同時(shí)也要結(jié)合當(dāng)前工藝的不足，采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，如薄板焊接可采用熔化極氣體保護(hù)焊工藝，通過(guò)嚴(yán)控焊接參數(shù)，確保熱輸入量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4.3焊接前準(zhǔn)備

4.3.1焊接預(yù)處理

對(duì)不銹鋼焊件提前進(jìn)行預(yù)處理，將表面的銹跡、油污等雜質(zhì)清除干凈，從而提高焊接質(zhì)量，減少產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的概率，控制焊接變形量。通常對(duì)不銹鋼焊件展開(kāi)科學(xué)的預(yù)處理工作，能夠減少15%的焊接變量發(fā)生概率。

4.3.2預(yù)熱

如果不銹鋼焊件較厚或拘束度較大，可采用適當(dāng)?shù)念A(yù)熱方法，避免焊接期間冷卻速度過(guò)快。例如：將15mm厚的不銹鋼板放置在150℃溫度環(huán)境中預(yù)熱，通常焊接變形量可降低20%左右。在預(yù)熱期間，應(yīng)合理控制預(yù)熱溫度，避免因?yàn)闇囟冗^(guò)高影響不銹鋼焊件整體質(zhì)量[5]。

4.4焊接過(guò)程中的焊縫控制

4.4.1采用約束固定

焊接期間，可借用夾具等設(shè)備對(duì)不銹鋼焊件拘束固定，限制焊接時(shí)產(chǎn)生的變形量。拘束固定必須保持適中，避免過(guò)度拘束造成局部焊接應(yīng)力過(guò)大，嚴(yán)重會(huì)造成焊縫處的接裂紋。

4.4.2控制焊接熱輸入

除了科學(xué)選擇焊接工藝參數(shù)外，還可以配合使用間歇焊接、分段焊接等多種焊接方法，對(duì)不銹鋼焊件熱分布實(shí)時(shí)掌控，采取有效措施避免局部過(guò)熱造成的變形問(wèn)題。

4.4.3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整

采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)儀器，如應(yīng)變計(jì)、測(cè)溫儀等設(shè)備，對(duì)焊接期間不銹鋼焊件的溫度、變形量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。待到監(jiān)測(cè)變形量達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，并開(kāi)啟相應(yīng)的控制系統(tǒng)，確保不銹鋼焊件焊接變形量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

4.5焊接后處理

4.5.1熱處理

對(duì)完成焊接的不銹鋼焊件進(jìn)行熱處理，如去應(yīng)力退火等工藝，能夠?qū)⒑讣械臍堄鄳?yīng)力消除，減少焊接變形量。熱處理技術(shù)應(yīng)用前，應(yīng)結(jié)合不銹鋼焊件的焊接情況、材質(zhì)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)[6]。

4.5.2矯正

如果不可避免地產(chǎn)生焊接問(wèn)題，則要采取相應(yīng)的矯正手段，如機(jī)械矯正、火焰矯正等方法，無(wú)論采用哪種矯正方案，都要控制矯正的方法、力度，避免對(duì)不銹鋼焊件造成新的損傷問(wèn)題。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，控制焊接變形需要綜合考慮多種因素，采取多種措施相結(jié)合的方法。在實(shí)際焊接過(guò)程中，需要根據(jù)具體的焊接結(jié)構(gòu)、焊接材料和焊接要求等因素，選擇合適的控制措施，并不斷優(yōu)化和改進(jìn)焊接工藝，以達(dá)到最佳的焊接效果。同時(shí)，隨著科技的不斷進(jìn)步，新的焊接技術(shù)和控制方法也在不斷涌現(xiàn)，需要不斷學(xué)習(xí)和探索，以提高焊接質(zhì)量和效率。

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