摘要：金屬結(jié)構(gòu)在常溫情況下是穩(wěn)定的，但在焊接過(guò)程中，受熱部位會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形，如不對(duì)此情況展開(kāi)控制措施，就不能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量，甚至使產(chǎn)品報(bào)廢。傳統(tǒng)的焊接工藝中會(huì)產(chǎn)生多種很難避免的質(zhì)量問(wèn)題，如何發(fā)展采取措施減小在焊接過(guò)程中不產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形，在現(xiàn)實(shí)中具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：焊接應(yīng)力;變形原理;問(wèn)題探討

1.焊接應(yīng)力與焊接變形產(chǎn)生的原因

與焊接接頭區(qū)產(chǎn)生的縮短不協(xié)調(diào)應(yīng)變相對(duì)應(yīng)在構(gòu)件中會(huì)形成自身相平衡的內(nèi)應(yīng)力，即為焊接應(yīng)力。焊接接頭區(qū)金屬在冷卻到較低溫度時(shí)，材料恢復(fù)到彈性狀態(tài);此時(shí)若有金屬組織變化，則伴隨體積變化出現(xiàn)相變應(yīng)力。

焊接熱輸入引起材料不均勻加熱，使焊縫區(qū)熔化，在熱傳導(dǎo)作用下致使焊接接頭形成了高溫區(qū)，材料的發(fā)生熱膨脹則受到周?chē)覆男纬傻牡蜏貐^(qū)域的限制，產(chǎn)生不均勻的壓縮塑性變形;在冷卻過(guò)程中已產(chǎn)生的壓縮塑性變形的這部分材料又受到周?chē)牧系南拗贫荒茏杂墒湛s，不同程度上又被拉伸而卸載;與此同時(shí)熔池凝固金屬冷卻收縮也產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力與變形，也就是高溫焊縫區(qū)受到拉應(yīng)力，在焊接接頭區(qū)產(chǎn)生了縮短的不協(xié)調(diào)應(yīng)變。

2.焊接應(yīng)力的危害

在溫度、時(shí)間等的作用下焊接應(yīng)力會(huì)逐漸變低，這種降低容易造成焊接件的整體形狀、尺寸發(fā)生一些變化。因受阻而發(fā)生焊接區(qū)收縮的拉應(yīng)變，當(dāng)其超出該材料的承受范圍時(shí)，則會(huì)在焊接區(qū)造成裂紋焊接區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)往往復(fù)雜多變，且峰值往往很高，在高應(yīng)力區(qū)常常發(fā)生過(guò)塑性拉伸，降低材料的塑性及工件的抗疲勞強(qiáng)度。這對(duì)承受動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)危害很大。應(yīng)力腐蝕速度受到拉應(yīng)力的影響會(huì)加快。

3.消除焊接應(yīng)力的方法

3.1控制焊接應(yīng)力的產(chǎn)生

通常采用的工藝措施有：預(yù)熱法。因?yàn)橥ǔ１缓覆考鞑课坏臏夭钤酱?，焊縫的冷卻速度越快。那么焊接接頭的殘余應(yīng)力就越大。預(yù)熱既能減小工件各部位的溫差，又能減緩冷卻速度。它是降低焊接殘余應(yīng)力的有力措施之一;采用合理的焊接次序。是盡量使焊縫能比較自由的收縮，尤其是對(duì)那些收縮比較大，殘余應(yīng)力比較大的焊縫。

3.2消除焊接應(yīng)力的措施

焊接過(guò)程控制主要方法有采用合理的焊接方法和焊接規(guī)范參數(shù)，選擇合理的焊接順序以及采用隨焊兩側(cè)加熱、隨焊碾壓、隨焊跟蹤激冷等措施。采用隨焊兩側(cè)加熱，橫向應(yīng)變、縱向應(yīng)變和最大剪切應(yīng)變的分布更加均勻，變化更加平緩，起到減小焊接殘余應(yīng)力和變形的作用。采用隨焊碾壓、隨焊兩側(cè)加熱、隨焊跟蹤激冷等措施可以降低殘余應(yīng)力和減小焊接變形。選擇線能量較低的焊接方法以及合理地控制焊接規(guī)范參數(shù)可以有效地防止焊接變形。隨焊激冷法能夠顯著地降低殘余應(yīng)力和減少焊接變形[1]。隨焊碾壓法由于設(shè)備復(fù)雜、使用不便等原因，在生產(chǎn)應(yīng)用中受到一定的限制，但該方法在提高焊接變形等方面具有理想的效果。焊接順序?qū)附託堄鄳?yīng)力和變形的產(chǎn)生影響較大，在采用不同的焊接順序時(shí)，可以改變殘余應(yīng)力的分布規(guī)律?，但對(duì)殘余應(yīng)力整體幅值的降低作用不大，同時(shí)該方法對(duì)于控制焊接變形有較大的作用，尤其在多道焊中，作用更加明顯。

4.焊接變形的控制措施

4.1選擇合理的焊縫以消除焊接變形的影響

整個(gè)焊接過(guò)程中是至關(guān)重要的一步就是焊縫的設(shè)定，對(duì)于相同材質(zhì)的母材來(lái)講，焊縫留的空隙過(guò)大，會(huì)消耗過(guò)多的焊材，同時(shí)對(duì)于焊接的質(zhì)量也會(huì)有所影響，焊材的密度一般要低于母材，這樣對(duì)于構(gòu)件的穩(wěn)定性也會(huì)造成影響。基于不同母材的結(jié)構(gòu)參數(shù)，也就是幾何形狀以及板材厚度等因素，綜合考慮其焊縫所帶來(lái)的影響。如果焊縫留得過(guò)小，那么對(duì)于冷卻時(shí)間就會(huì)過(guò)快，不利于焊接，對(duì)于焊接的力學(xué)性能和粘合性都會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量性的影響[2]。

4.2預(yù)先留出保證焊縫能夠自由收縮的余量

4.2.1采用“冷焊”的方法

這種方法的原則是使整個(gè)結(jié)構(gòu)上的溫度分布盡可能均勻，即要求焊接部位這個(gè)“局部”的溫度應(yīng)盡量控制得低些，同時(shí)這個(gè)“局部”在結(jié)構(gòu)這個(gè)“整體”中所占的面積范圍應(yīng)盡量小些。

4.2.2開(kāi)緩和槽減小應(yīng)力法

厚度大的焊件剛性大，焊接時(shí)容易產(chǎn)生裂紋，在不影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能的前提下，可以采用在焊縫附近開(kāi)緩和槽的方法來(lái)減小焊接應(yīng)力，避免裂紋的產(chǎn)生。

4.2.3采用加熱減應(yīng)區(qū)法

這種方法又稱(chēng)為加熱去除約束法。就是加熱那些阻礙焊接區(qū)自由伸縮的部位既減應(yīng)區(qū)，使之與焊接區(qū)同時(shí)膨脹和同時(shí)收縮，起到減小焊接應(yīng)力的作用。

5.對(duì)于焊接變形的矯正

局部熱矯正多采用火焰對(duì)焊接構(gòu)件局部加熱，在高溫處，材料的熱膨脹受到構(gòu)件本身剛性制約，產(chǎn)生局部壓縮塑性變形，冷卻后收縮，抵消了焊后部位的伸長(zhǎng)變形，達(dá)到矯正目的，火焰加熱法采用一般的氣焊焊炬，不需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，方法簡(jiǎn)便靈活，因此在生產(chǎn)上廣為應(yīng)用。?整體熱矯正是指將整體構(gòu)件加熱至鍛造溫度以上再進(jìn)行矯正的方法，可用以消除較大的形狀偏差[3]。但是焊后整體加熱容易引起冶金方面的副作用，限制了該方法的進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。?此外，還有利用機(jī)械力或沖擊能等進(jìn)行焊接變形矯正，包括靜力加壓矯直法、焊縫滾壓法、錘擊法等。

6.結(jié)束語(yǔ)

焊接熱輸入的不均勻產(chǎn)生的壓縮塑性變形是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因;工藝因素和結(jié)構(gòu)因素構(gòu)成焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的外部拘束條件。本文通過(guò)對(duì)焊接的原理在對(duì)其基本結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)方面，對(duì)焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力的產(chǎn)生和焊接變形提出了一些改良方式，正確編制焊接工藝，采用合理有效的焊接方法和預(yù)防控制措施，減小焊接變形和焊接應(yīng)力。同時(shí)本文也針對(duì)已經(jīng)焊接變形提出一些矯正措施，這對(duì)于后期產(chǎn)品的使用是十分必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉洪林.焊接應(yīng)力與焊接變形的產(chǎn)生原因與控制措施[J].?科技信息.2012.01：222+177.

[2]陳鋒.焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的研究[D].上海交通大學(xué).2009.

[3]趙小娜.淺談焊接應(yīng)力與焊接變形產(chǎn)生的原因及控制措施[J].科技創(chuàng)業(yè)家.2013.16：68.

作者簡(jiǎn)介：孔凡玉（1973.7.15-），中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，大本，工程師。