論焊接變形產生的因素和解決方法

溫忠亮　劉亞　張力文

【摘 要】焊接變形在現代焊接工業過程中是一種常見的發生現象，對鋼材材結構性能影響非常大，本文將分析焊接變形產生的因素，并采取很好的解決辦法。

【關鍵詞】焊接變形；影響因素；解決措施

0.前言

在現代工業技術水平高速發展中，鋼材已經廣泛應用于現代工業、建筑、運輸等領域里，其焊接技術在這里面發揮了很重要的作用，并成為影響鋼材結構性能的重要因素。在焊接過程中由于受到急劇的非平衡加熱或冷卻，如果操作不當，或是因為其他因素長期引起焊縫的產生，通常在這些焊縫處受到溫度的影響，就會發生收縮現象，最終導致結構變形。焊接殘余變形成為影響結構設計完整性、制造工藝合理性與結構使用可靠性的最至關重要的因素。當鋼材變形量在一定的允許承受值內時，沒有進行處理，假設變形量一旦超出這個承受范圍，就需要對焊接變形處進行矯正，矯正的工作量會比開始允許承受值變形值內的工作量大，如果某些焊接變形的材料在矯正后往往會因為無法使用而廢棄，或者能在正常使用，也會造成作業時間的增加。所以預防和控制焊接變形的發生，分析焊接變形產生的因素，解決存在的問題，才能有效的避免焊接變形的發生機率。

1.焊接變形發生的影響因素

焊接時通常采用集中熱源局部高溫加熱，所以在焊件上就會造成不均勻的溫度場，焊接變形可以分為在焊接熱過程中發生的瞬態熱變形，以及在室溫條件下發生的殘余變形。焊接結構件變形的因素非常多，包括：焊接參數（WPS文件參數）導致的變形、錯邊變形、母材的材質導致的變形、波浪變形、焊接方法不嫻熟或者方法不正確導致的變形、填充材料導致的變形和焊接順序不正確導致的變形等，接下來我們將分析影響焊接變形的發生因素。

1.1材料因素的影響

材料的影響是由自身的化學成分、 組織狀態以及力學性能等方面，都會對其焊接性有必然影響。如： 鋁和鈦的化學性質很活潑，鋁制品卻很耐腐蝕，但是比較容易氧化和燒損， 因此在焊接時，它們就比鐵要困難得多。材料因素對焊接變形的影響通常會由兩方面決定，一是焊接材料，包括焊條、焊劑、焊絲、金屬粉末和氣體等。二是材料的熱物理性能參數與力學性能參數。物理性能參數的影響比較單一，受熱傳導系數上越小，溫度梯度越大，焊接變形就會越明顯。力學性能對焊接變形的影響相對非常復雜，會隨著熱膨脹系數的增加焊接變形就更加明顯。同時材料隨著彈性模量的不斷增加，焊接變形相反而減少，并且較高的屈服極限會造成更高的殘余應力，焊接結構存儲的變形能量也會因此而增，并造成脆性斷裂。此外，由于塑性應變較小且塑性區范圍不大就會造成焊接變形得以減少。

1.2焊縫在結構中的位置影響

焊縫在焊接結構中的位置影響是顯而易見的，結構在焊接變形過程中工件本身的拘束度是可以變化的，金屬結構的剛性由結構的截面形狀和尺寸的大小決定。自身為變拘束結構，隨拘束度的增加，焊接殘余應力增加，而焊接變形則相應減少。同時還受到外加拘束的影響，而最終還是受位置對稱性的影響。例如：在焊件中性軸的一側時，焊件在焊后將向焊縫一側彎曲，同時焊縫距離中性軸距離增加，焊件就會更加容易發生彎曲變形。在整個焊接結構中，假設中性軸兩側焊縫的數目都不一樣，且焊縫距中性軸的距離大小也都不一樣，也非常容易引起結構的彎曲變形發生。

1.3焊接工藝對焊接變形的影響

焊接工藝對焊接變形的影響有收縮量因素，焊縫的縱向收縮量是隨著焊縫長度的增大而增大；間斷焊縫比連續焊縫的收縮量小。同時焊接方法、構件的定位或固定方法、焊接輸入電流電壓量、焊接胎架及夾具的應用、焊接順序等對焊接變形都有影響。而影響最大的是焊接順序，通常情況下，改變焊接順序往往能夠改變殘余應力的分布和應力狀態，減少焊接變形等發生。多層焊和焊接工藝參數也對焊接變形影響非常大。

2.焊接變形的解決措施

2.1改進焊接結構設計

焊接尺寸對焊接變形有著明顯的影響，焊縫尺寸大會影響焊接量大，同時還對焊接變形也影響大，所以在保證結構的承載能力的條件下，設計時應盡量采用較小的焊縫尺寸。同時還需要避免焊縫的不均勻布置與集中分布，設計焊接結構時，使焊縫對稱于截面中性軸，或者是使焊縫接近中性軸，效果是對梁、柱等類型結構的撓曲變形減少有好的作用。同時為了保證結構具有足夠的承載能力，需要減少不必要的焊縫，采用壓型結構代替肋板結構， 滿足較小焊縫的尺寸需求，可以有效防止薄板結構變形，達到控制焊接變形發生。

2.2提高焊接工藝方法

在焊接構件生產制造過程中，選擇合理的焊接方法和規范，焊前，需要預防變形、預拉伸法和剛性固定組裝法。反變形法事先估計好焊件焊接變形大小和方向，在待焊工件裝配時造成與焊接殘余變形大小相當、方向相反的預變形量（反變形量），焊后焊接殘余變形抵消了預變形量，使構件恢復到設計要求的幾何形狀和尺寸。剛性固定組裝法是采用夾具或剛性胎具將被焊構件盡可能地固定， 提前對焊件加以固定，提高結構剛性來限制焊接變形，可有效地控制待焊構件的角變形與彎曲變形等。預拉伸法多用于薄板平面構件，在薄板有預張力或有預先熱膨脹量的情況下焊接。焊后，去除預拉伸或加熱，薄板恢復初始狀態，可有效地降低焊接殘余應力，控制焊接變形。

2.3做好焊后矯正工作

當構件焊接后，焊接結構不可避免地要產生焊接變形，只能通過矯正焊接變形措施來減小或消除已發生的殘余變形。矯正焊接變形有機械校正法、火焰校正法。采用機械校正法校正前要分析焊縫應力的方向，并找準應力點，以采取適當的方法操作。采用火焰校正法認真分析變形發生狀況，并制定矯正工作方法，才能確定加熱位置及矯正步驟。同時還需要對材料性質的認真了解，然后決定加熱溫度達到，目的是使易受溫度影響的材料能夠有效避免在性能上產生變化，對構件產生影響。在矯正薄板時，對受熱溫度的影響區窄，在錘擊時盡量要用木錘，才能很好的達到矯正的效果。 [科]

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