吳隆興

摘要：通過分析變形的基本知識，找出焊接變形產(chǎn)生的原因，提出控制焊接殘余變形的措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：碳素鋼板；焊接；碳素殘余變形

1變形的基本知識

1.1變形

物體在外力或高溫度等因素的作用下，其內(nèi)部原子的相對位置發(fā)生改變，其宏觀表現(xiàn)為形狀和尺寸的變化，這種變化稱為物體的變形。

1.1.1彈性變形與塑性變形

當外力或其它因素去除后變形也隨消失，物體可恢復原狀，這樣的變形稱為彈性變形；當外力或其它因素去除變形仍然存在，物體不能恢復原狀的這種變形稱為塑性變形。

1.1.2自由變形

非自由變形物體的變形不受外界任何阻礙自由的進行，這種變形稱為自由變形。

1.1.3焊接變形由焊接而引起焊件的尺寸改變稱為焊接變形

其中，焊接過程的變形稱為焊接瞬時變形：焊后殘存于焊件中的變形稱為焊接殘余變形。

2焊接變形的產(chǎn)生原因

由于焊接熱過程的復雜性，影響焊接變形的因素很多，如焊件受熱不均勻、焊縫金屬的收縮、金屬組織的變化及焊件剛性的影響等，其中最根本的原因是焊件受熱不均勻。

2.1均勻加熱時引起變形的原因

當溫度比較高，達到或超過材料屈服點溫度時，則桿件的壓縮變形量增大，產(chǎn)生塑性變形、彈性變形兩部分組成。當溫度恢復到原始溫度時彈性變形恢復塑性變形部分不能回復。

2.2不均勻加熱時引起的變形

碳鋼長板條中心加熱引起的變形，在其中沿長度方向上用電阻絲進行加熱，則在板條寬度方向上出現(xiàn)中間高，兩側(cè)低的不均勻溫度場，而沿板條長度方向和厚度方向的溫度分布可視為均勻。

2.3焊接變形的產(chǎn)生

前面長板條中心加熱引起的應力與變形，這種情況沿板條寬度方向溫度分布不均勻，但沿板條長度方向和厚度方向溫度分布都為時均勻。然而，焊接過程的加熱是移動的熱源，不時沿板條長度方向同時加熱的，而且熱量在焊件內(nèi)的傳播速度低于焊接速度，因此，沿板條長度方向上的各個截面的溫度都是不同的。另外，焊接過程的溫度變化范圍比較大，焊接處的最高溫度可達到材料的沸點，而離開焊接處的溫度又急劇下降直至室溫。由于金屬在高溫下的性能隨溫度而變化，如低碳鋼焊接區(qū)的溫度超過600℃時，此時材料喪失彈性，處于全塑形狀態(tài)。

3焊接殘余變形對焊接結(jié)構(gòu)的影響因素

焊接殘余變形在焊接結(jié)構(gòu)中的分布是很復雜的。按變形對整個焊接結(jié)構(gòu)的影響程度可將焊接變形分為局部變形和整體變形；按照變形的外觀形態(tài)來分，可將焊接變形分為五種基本變形形式：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形。這些基本變形形式的不同組合，形成了實際生產(chǎn)中焊件的變形。最基本的是收縮變形，收縮變形再加上不同的影響因素，就構(gòu)成了其它四種基本變形形式。焊接結(jié)構(gòu)的變形對焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)有極大的影響。首先是零件或部件的焊接殘余變形，給裝配帶來困難，進而影響后續(xù)焊接的質(zhì)量；其次過大的殘余變形還要進行矯正，增加結(jié)構(gòu)的制造成本；另外，焊接變形也降低焊接接頭的性能和承載能力。

4控制焊接殘余變形的措施

4.1控制焊接變形的措施

從焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計開始，就應考慮控制變形可能采取的措施。進入生產(chǎn)階段，可采用焊接預防變形的措施，以及在焊接過程中的工藝措施。

4.1.1設(shè)計措施

（1）選擇合理的焊縫形狀和尺寸在保證結(jié)構(gòu)有足夠承載能力的前提下，應采用盡量小的焊縫尺寸。

（2）減少焊縫的數(shù)量只要允許，多采用型材、沖壓件；就可以減少焊縫數(shù)量。

（3）合理安排焊縫位置，梁、柱等焊接構(gòu)件、常因焊縫偏心配置而產(chǎn)生彎曲變形。

4.1.2工藝措施

（1）留余量法。此法即是在下料時，將零件的長度或?qū)挾瘸叽绫仍O(shè)計尺寸適當加大，以補償焊件的收縮。留余量法主要是用于防止焊件的收縮變形。

（2）反變形法。此法就是根據(jù)焊件的變形規(guī)律，焊前預先將焊件向著與焊接變形的相反方向進行人為的變形（反變形量與焊接變形量相等），使之達到抵消焊接變形的目的。此法很有效，但必須準確地估計焊后可能產(chǎn)生的變形方向和大小。

（3）剛性固定法。采用適當?shù)霓k法來增加焊件的剛度或拘束度，可以達到減小其變形的目的，這就是剛性固定法。

（4）選擇合理的裝配焊接順序：在無法使用胎夾具情況下施焊，一般都須選擇合理的裝配和焊接的順序，使焊接變形減至最小。裝配焊接順序應按以下原則進行。

4.2矯正焊接殘余變形的方法

在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，首先應采取各種措施來防止和控制焊接變形。但是焊接變形是難以避免的，因為影響殘余變形的因素太多，生產(chǎn)中無法面面俱到。當焊接結(jié)構(gòu)中的殘余變形超出技術(shù)要求的變形范圍時，就必須對焊件的變形進行矯正。常用的矯正焊接變形的方法有以下幾種。

4.2.1手工矯正法

手工矯正法就是利用手錘、大錘等工具錘擊焊件的變形處。主要用于一些小型簡單焊件的彎曲變形和薄板的波浪變形。

4.2.2機械矯正法

機械矯正法就是利用機器或工具來矯正焊接變形。具體地說，就是用千斤頂、拉緊器、壓力機等將焊件頂直或壓平。機械矯正法一般適用于塑性比較好的材料及形狀簡單的焊件。

4.2.3火焰加熱矯正法

火焰加熱矯正就是利用火焰對焊件進行局部加熱，使焊件產(chǎn)生新的變形去抵消焊接變形。在生產(chǎn)中應用廣泛，主要用于矯正彎曲變形、角變形、波浪變形等，也可用于矯正扭曲變形。endprint