焊接变形的影响因素与控制

焊接变形的影响因素与控制

王堂均

四川泸州长起特种起重设备有限公司

摘要：焊接是一种通过加热、高温或高压方式将金属或其他热塑性材料接合在极易的制造工艺技术，随着制造行业的快速发展，焊接技术工艺应用越来越频繁。但是由于各种因素的影响，使得焊接部件经常出现变形的问题，焊接变形的产生不仅降低了部件结构的承载能力，同时影响了部件安装的精度。因此，只有严格规范焊接过程，并采用合适的焊接工艺，才能从根本上消除焊接变形隐患，确保焊接成品的质量。因此，本文结合多年的实践经验，阐述了焊接变形的影响因素，并提出了有效控制焊接变形的措施。

关键词：焊接变形；影响因素；控制措施

引言

在焊接过程中由于机械加热及冷却的不平衡性，导致被焊部件产生不同程度的变形，变形问题的存在不仅会降低部件结构强度，还会影响部件的使用性能。通过研究发现，导致焊接变形的因素众多，其中材料因素、焊接工艺因素以及结构因素是导致焊接变形的主要因素，只有合理的控制或消除这些因素的影响，才能保证焊接的效果。

1、焊接变形因素分析

1.1材料因素

不同的材料其热物理性能参数和力学性能参数存在一定的差异，使得材料的热传导系数表现出很大的不同，热传导系数越小的材料，其温度梯度就越大，焊接变形也越显著。同时材料的力学性能对焊接变形的影响也比较大，材料的热膨胀系数越高其变形就越大。此外，不同材料在高温状态下的屈服极限和弹性模量也会发生一定的变化，随着温度的增加材料的弹性模量也会相应的增加，焊接变形会减小，但是材料的屈服极限会引起较高的残余应力，使得焊接材料结构出现大范围的变形现象。

1.2焊接工艺因素

焊接工艺对焊接变形的影响是多方面的，比如焊接的方法、焊接构件的位置和固定方式以及焊接的顺序等都会影响焊接变形，其中焊接的顺序对焊接变形的影响最为显著，一旦焊接的顺序发生变化，构件的残余应力分布就会发生一定的变化，进而导致焊接变形问题。因此，工作人员在焊接过程中，应不断总结经验，采用合适的焊接工艺，最大限度的减小焊接残余力，进而改善残余力的分布状态中，最终达到有效控制焊接变形的目的。

1.3结构因素

结构因素是影响焊接变形的最为复杂的因素，虽然随着焊接工件拘束度的增加，使得焊接的残余应力增加，焊接变形现象会逐渐减弱。但是结构的复杂性使得其在拘束作用的影响下变得更加难以控制，焊接变形的程度会加大。因此，在设计焊接结构时，部分工作人员采用肋板或者是加强板来提高结构的稳定性和刚性，这样做部件增加了结构装配的工作量，而且还增大了焊接的工作难度，不利于很好的控制焊接变形。

2、焊接变形控制措施

2.1选择合适的焊接方法

选择合适的焊接方法是规避焊接变形的有效措施之一。在进行焊接工作时，应严格控制焊接方法的线的能量，使其保持在相对较低的范围内。例如，在对于H型钢翼板与腹板的焊接时，为了提高焊接的效果和质量，减少焊接过程中变形的产生，最好选用埋弧自动焊的方法。用机械自动引燃电弧，不能够自动完成焊接推进和电弧移动；而在对拥有不同的截面面积焊件进行焊接时，为了减少焊接变形发生以及减小焊接线能量，对于小截面焊缝要进行二氧化碳焊打底，对盖面采用手弧焊方式；在对H型钢气割成T型钢时千万不能间断，这样可以确保气割过程中有相同的膨胀量，减少变形量。

在焊接的过程中普遍采用的焊接方法是反变形法。在焊接之前首先要确定焊接结构大小和位置，做到有的放矢。在实际的装配过程中对于焊接缝施加一个相反的变形，用于抵消焊接变形收缩所产生的应力，确保焊件的焊接质量。反变形方法毕竟是有限的，很难适应所有的焊接变形控制。在不能实施反变形法进行焊接变形控制的情况下，可以采用刚性固定的方法进行焊接。将焊件固定在平整的平台上，对焊接变形进行有效控制。

2.2确保焊接顺序的规范性

恰当的焊接顺序是保证焊接工作顺利开展的重要组成部分。焊接工人在实施钢结构焊接工作时，要根据以往的焊接经验，并根据实际的情况，选择焊接顺序。一般采用上下对角焊接的顺序，这样可以保持焊接的平直性，抵消焊接缝所引起的扭曲变形，保证受热均匀以减少收缩变形量。

2.3选择合理的焊接工艺

不同构件结构的焊接工艺基本一样，要保证焊接的效果，需选择合适的焊接工艺，并严格要求焊接人员按照焊接工艺要求进行焊接工作。从多年的焊接经验中总结出，一般在进行焊接工作时，先施焊短焊缝部分，再施焊长焊缝部位，同时还可以采用间断焊接的方式进行构件分段焊接，可以减少焊接变形现象的出现。除此之外，如果焊接的人员比较多，需要将这些人员均匀分布在焊接台旁边，并同时进行焊接工作，在焊接时要将温度控制一致，这样可以防止由于不对称受热引起应力集中，进而引起板子变形。

2.4减少焊缝数量，合理布置焊缝的位置

在设计焊接结构时，应该选择合适的筋板形状，将筋板的位置安排在合适的地方，以减少焊缝的数量，在确保焊接效果的前提下，尽可能的避免不必要的焊缝，并合理的控制焊缝的尺寸，对于受力较大的丁字接头或者是十字接头，在保证相同构件的强度下，采用开坡口的焊缝要比一般的角焊缝更能减少焊接材料的使用，同时可以减小焊接变形的程度。此外，还应将焊缝安排在与焊接截面中性轴对称的位置，或者是接近截面中性轴的位置，以减少梁、柱等类型结构的挠曲变形。

3、焊接变形矫正的方法

由于不可能对焊接过程中的各个环节都做到有效的监控，正所谓“百密必有一疏”，总会产生不同程度的变形，当构件在焊接完毕后仍然存在变形的现象，如果再进行返工重新焊接的话，势必会造成材料的浪费以及增加焊接成本。因此，必须采用合理的校正工艺对变形的部位进行矫正工作。

3.1机械矫正

所谓的机械矫正方法就是借助相关的机械设备，利用机械设备所产生的作用力对变形的部位施加作用力，从而达到变形矫正的目的。一般利用用滚床矫正变形位置，将变形的位置进行前后两次的滚压，变形量就会得到很大的矫正。

3.2火焰矫正

火焰矫正是通过变形构件伸长部分金属进行火焰集中加热，冷却后，焊接构件部分金属获得不可逆的塑性变形，使得整个变形得到矫正。在利用火焰矫正时需要注意的是：加热温度不宜过高，过高会引起金属变脆，影响冲击韧性，在高温矫正时不可用冷水冷却。

3.3手工矫正

手工矫正法顾名思义就是借助人力来进行变形矫正。一般需要用到大锤，利用大锤对变形部位施加作用力，从而实现变形矫正的目的。在利用此种方法时要控制好大锤的力度，切忌不要用力过猛，锤击过度导致变形更加严重。

4、结语

焊接工人在实施焊机工作时，会由于各种因素的影响，导致焊接变形。因此，只有选择合适的焊接工艺，严格规范焊接的顺序，避免不必要的焊缝的产生，才能最大限度的保证焊接构件的质量。虽然在出现变形后也有处理的工艺矫正变形，但是这样做毕竟会增加焊接工作量，加大焊接投资成本。因此要想确保构件结构的焊接效果，必须做到对焊接前、焊接中以及焊接后全过程的质量监督和控制，才能从根本上消除焊接变形问题。

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