鄧勇強(qiáng)

摘要：在焊接過程中，焊接材料、結(jié)構(gòu)和工藝三方面因素都可能造成焊接的變形。因此，要控制焊接過程中出現(xiàn)的變形，也必然要從這三個方面來制定措施。從設(shè)計(jì)和工藝兩方面進(jìn)行控制，可有效降低焊接變形的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：焊接變形影響因素控制措施

中圖分類號：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0108-01

焊接變形是指鋼構(gòu)件在未受荷載前，由于施焊電弧高溫引起的變形，包括縮短、角度改變、彎曲變形等。焊接變形會對結(jié)構(gòu)安裝的精度造成很大的影響，過大的變形甚至?xí)@著降低結(jié)構(gòu)的承載能力。因此在焊接過程中，必須通過一定的控制措施減低焊接變形的發(fā)生。由于焊接變形的發(fā)生主要是受焊接材料、結(jié)構(gòu)和工藝這三個因素的影響，所以通過對設(shè)計(jì)和工藝兩方面增加控制措施將有助于降低焊接變形的風(fēng)險(xiǎn)。本文將詳盡分析焊接變形的影響因素，并對焊接變形的控制措施進(jìn)行相關(guān)探討。

1焊接變形的影響因素

焊接變形的成因比較復(fù)雜，可以分為在焊接熱過程中發(fā)生的瞬態(tài)熱變形和在室溫條件下的殘余變形?？傮w來說，材料、結(jié)構(gòu)和工藝的差異都有可能造成焊接變形。而只有通過分析其影響因素，掌握一定規(guī)律，才能進(jìn)一步采取相應(yīng)控制措施。

1.1 材料因素對焊接變形的影響

材料與焊接變形之間有著極為密切的關(guān)系，材料的熱物理性能參數(shù)與力學(xué)性能參數(shù)都會對焊接變形產(chǎn)生重要影響。熱物理性能參數(shù)的影響主要體現(xiàn)在熱傳導(dǎo)系數(shù)上面。簡而言之，熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，焊接變形越顯著。而力學(xué)性能對焊接變形的影響就比較復(fù)雜。對于其中最為顯著的熱膨脹系數(shù)，如果這一系數(shù)越大，焊接變形的幅度也會相應(yīng)增加。與此同時，材料在高溫區(qū)的屈服極限、彈性模量以及其隨溫度的變化率也會起著重要作用。通常來說，較高的屈服極限會引起較高的殘余應(yīng)力，因此焊接結(jié)構(gòu)所儲存的變形能也會相應(yīng)增加，造成脆性斷裂。

1.2 結(jié)構(gòu)因素對焊接變形的影響

在很多情況下，焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是造成焊接變形的因素。簡而言之，焊接殘余應(yīng)力會隨著拘束度的增加而增加，從而使得焊接變形相應(yīng)減少。而焊接過程中所受到的拘束度不僅來自工件本身，而且還有外來的拘束影響。通常來說，工件自身所起的拘束作用在焊接過程中占主導(dǎo)地位，因此在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的時候，常常需要采用加強(qiáng)版或筋板來提高結(jié)構(gòu)的剛性和穩(wěn)定性。然而這樣的做法一方面增加了裝配和焊接的工作量；另一方面使得某一區(qū)域的拘束度發(fā)生較大變化，使得對焊接變形的控制造成一定困難。因此，要減少焊接變形的發(fā)生，必須要在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)過程中針對筋板或加強(qiáng)板的位置、數(shù)量、厚度進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 工藝因素對焊接變形的影響

焊接工藝中的焊接手法、熱輸入量、構(gòu)件定位和夾具、構(gòu)件固定方式的應(yīng)用等方面都有可能造成焊接變形。而焊接順序是在各種工藝因素中對焊接變形影響最為顯著的一個。通常來說，殘余應(yīng)力的分布和應(yīng)力狀態(tài)的改變可以通過焊接順序的改變來完成，進(jìn)而減少焊接變形的發(fā)生。與此同時，焊接工藝的參數(shù)也對焊接變形起著重要影響。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，如果利用特殊的工藝措施，能有效達(dá)到減小焊接變形、改善應(yīng)力分布的目的。

2焊接變形的控制措施綜議

通過上述的分析可以得知，焊接變形的影響因素集中在材料、結(jié)構(gòu)和工藝三個方面。因此，要控制焊接變形的發(fā)生，也應(yīng)該從這三個方面入手?？偟膩碚f，焊接變形可以從設(shè)計(jì)和工藝兩方面的改進(jìn)來控制。設(shè)計(jì)和工藝是相輔相成的。

2.1 合理的設(shè)計(jì)措施

首先，省市和尺寸選擇上要正確恰當(dāng)。焊縫的大小直接關(guān)系到焊接工作量和變形程度。因?yàn)楹附幼兿嗟某潭葧S著焊縫的擴(kuò)大而變大，所以在設(shè)計(jì)過程中，確保結(jié)構(gòu)承載力的前提下減小焊縫。在確保像十字或者丁字這種受力大的接頭程度一樣的前提下，可以用開破口焊縫代替一般角焊縫。在如今設(shè)計(jì)人員對焊接工序了解加深的條件下，已經(jīng)能做到在設(shè)計(jì)上避免以前的錯誤傾向，理性地選擇焊縫尺寸與形式。

其次，設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮焊接工序，盡可能地減少不必要的焊縫。在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的時候，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該合理地選擇筋板的形狀和安排筋板的位置，盡可能地減少焊縫數(shù)量，這樣能有效地減少焊接變形。

再次，設(shè)計(jì)人員要選取最合適的焊縫位置。在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的時候，設(shè)計(jì)人員應(yīng)安排焊縫盡可能地對稱于或者接近截面的中軸。采取這樣的方法能有效減少梁、柱類結(jié)構(gòu)的撓曲變形。

2.2 完善的工藝措施

工藝措施是指在焊接構(gòu)件生產(chǎn)制造過程中所采取的一系列措施，分為焊前預(yù)防措施、焊接過程中的控制措施和焊后矯正措施。在復(fù)雜的實(shí)際焊接生產(chǎn)過程中，焊接的過程往往有更具體的劃分標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文所劃分的標(biāo)準(zhǔn)是針對焊接過程中的某一特定階段而言的。

（1）焊前預(yù)防措施：這主要包括預(yù)變形法、預(yù)拉伸法以及剛性固定組裝法。預(yù)變形法是指在工件安裝過程中通過預(yù)測的焊接變形大小以及方向所造成的與焊接殘余變形方向相反預(yù)變形量，由于焊接殘余變形抵消預(yù)變形量，使構(gòu)件回復(fù)到原本的設(shè)計(jì)要求。而預(yù)拉伸法大多數(shù)用在有預(yù)張力的薄板平面結(jié)構(gòu)件上。在焊接過后，使用去除預(yù)拉伸或加熱的方法使得薄板回復(fù)原始狀態(tài)，這樣能夠有效降低焊接殘余應(yīng)力，從而控制焊接變形。預(yù)熱的作用在于減少溫度梯度，從而降低殘余應(yīng)力。預(yù)熱溫度越高，鋼中的殘余應(yīng)力水平的降低幅度越大。而剛性固定組裝法則是采取夾具或剛性胎具將被焊構(gòu)件盡量固定，則能有效控制待焊構(gòu)件的彎曲變形和角變形。

（2）焊接過程控制措施：焊接過程中所采用的控制措施主要包括采用合理焊接方法以及焊接規(guī)范參數(shù)、選擇合理裝配焊接順序、采用隨焊兩側(cè)加熱、隨焊跟蹤激冷以及隨焊碾壓措施等。首先，通過規(guī)范參數(shù)和采取低線能量焊接法均能有效防止焊接變形的出現(xiàn)。其次，選擇合理的裝配焊接順序可以改變殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，在焊接工藝中尤其是多道焊中，對于控制焊接變形起著明顯作用。再次，采用隨焊兩側(cè)加熱、隨焊跟蹤激冷以及隨焊碾壓這些措施能夠有效減少焊接變形的發(fā)生。雖然在實(shí)際操作上，隨焊碾壓所需的設(shè)備非常復(fù)雜，造成使用不便。但是該方法在提高焊接接頭強(qiáng)度，矯正焊接變形方面具有非常理想的效果。

（3）焊后矯正措施：主要包括加熱矯正法與機(jī)械矯正法，這些措施屬于消極的事后補(bǔ)救措施，旨在發(fā)生焊接變形后盡可能減少或消除已發(fā)生的殘余變形。加熱矯正法包括整體加熱和局部加熱兩種，前者是將整體構(gòu)件加熱并使之溫度高于鍛造溫度再進(jìn)行矯正，可有效消除較明顯的形狀偏差。但因成本、技術(shù)等原因，前者在實(shí)際操作中很少被運(yùn)用。相反，局部加熱更為常見。而機(jī)械矯正法則是通過機(jī)械力或沖擊能進(jìn)行焊接變形的矯正，在實(shí)際操作中時有運(yùn)用。

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