焊接結構件焊接變形的控制

孫乃明

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

0 引 言

在機械制造過程中，焊接是極為重要的加工工藝之一。但是在焊接制造、焊接生產過程中，由于現場作業、拘束條件、以及壓力管道結構不均勻相變、冷卻、加熱等原因,導致很容易就在焊接接頭內產生瞬態變形和瞬態熱應力。尤其是焊縫橫向收縮會嚴重影響到焊接結構件焊接變形。每年由于焊接應力導致的焊接變形造成的損失高達近千萬元人民幣，甚至還會造成嚴重的人員傷亡，這是我們不得不面對的問題[1]。

1 焊接結構件產生焊接變形的種類

影響焊接結構件出現變形的原因較多，如施焊過程中是否有約束、冷卻時間、焊接順序、填充材料、母材材質、焊接參數、焊接方法等,主要影響焊接結構變形的因素有：1）焊接方法。這個主要是反映在V與I的作用上,埋弧焊（SAW）的線能量大,手弧焊（SMAW）的線能量較小，正相反性在回轉變形上表現得較為顯著。2）坡口或者根部間隙。焊條金屬熔敷量W隨著坡口或者根部間隙的增大而增大，出現橫向收縮增大或者收縮變形的現象，坡口兩面角度比例有影響。3）單位長度焊條金屬熔敷量W或者線能量。收縮變形量與線能量是成正比的，而lgW越大，收縮變形量也就越大。4）焊接順序。應該盡量避免出現集中熱作用的現象，應力求熱作用應該做到對稱、均勻、分散。

但從根本上來看，主要是由于焊接殘余應力造成焊接結構件產生焊接變形。焊接結構件變形的種類有:（1）扭曲變形,主要是焊接結構件繞自身軸線扭曲而成。（2）彎曲變形，包括角變形（由橫向收縮引起）和彎曲變形（由縱向收縮引起的）。（3）波浪變形，薄板在焊接過程中會產生壓縮殘余應力,而壓縮殘余應力又會進一步形成波浪變形。（4）收縮變形，包括橫向收縮（垂直于焊縫方向）和縱向收縮（在焊縫方向發生）[2]。

2 控制焊接結構件焊接變形的技術要求

1）為了有效地降低焊接結構件的收縮應力和焊接變形,應該采取定位焊點焊的方式，且為了大幅度降低對結構變形不利的拘束和確保先焊接的部分可以自由收縮，焊接結構件的焊接順序應該從構件受周圍約束較大的部位開始，然后再逐漸地向約束較小的部位推進[3]。

2）焊件如果按照焊接工藝評定要求需要預熱的,那么應該對其主縫和定位焊縫二處同時進行預熱，焊接溫度務必應該在焊接過程中得以保持。與主縫預熱溫度相比，定位焊縫預熱溫度相應需要提高20~30℃左右。采用對加熱板進行均勻加熱的方式來對主縫和定位焊縫預熱,預熱區的寬度不小于100 mm,一般是在焊縫中心線兩側各3倍板厚左右，每條焊縫測量點不少于3對。焊接溫度務必要符合焊接工藝的規定，加熱能量務必要符合規范要求,如果沒有具體的規定，那么就應該參照DL5017-93表6.3.12推薦值[4]。

3）一旦對焊接結構件的焊縫進行焊接時，一定要保持連續性，不能在中途無故中斷。如果實在是由于特殊原因而不得不暫時中斷，那么也應該采取相應的防止焊縫開裂的措施,將其表面清理干凈，確認焊縫區不存在任何的缺陷之后，再按原工藝進行重新焊接。

4）參與焊接結構件焊接的技術人員都應該按照國家和行業相應的法律法規，取得相應的上崗資格之后才能夠施工。如果已有相應的合格證，但是已經連續有6個月以上時間沒有從事焊接工作者,不能允許其立刻上課，必須進行重新考試合格之后才能夠上崗。焊接變形和焊接質量都會受到焊接人員水平的直接影響。水平高超的焊工在執行線能量范圍方面會更加堅決、靈活，也可以大幅度降低焊縫返修次數與數量，從而減少焊接變形[5]。

3 如何有效控制焊接結構件焊接變形

3.1 焊接方法必須合理

在機械制造中，選用較為恰當的焊接方法是極為重要的,若我們選用的焊接方法線能量較低，那么不僅可以大幅度減小焊接塑性壓縮區，還可以有效地控制住焊接結構件的焊接變形，目前，無極氬弧焊、手工電焊弧、二氧化碳氣體保護焊都能夠有效地降低焊接變形量。

3.2 減小變形

3.2.1 減小線能量

焊接接頭的波浪變形、角變形、縱彎（縱向收縮）、橫向收縮能夠通過減小線能量來進行有效地防止,尤其是T形接頭的角變形和橫向收縮的效果最好。而焊接結構件在焊接過程中，主要是橫向焊縫和縱向焊縫。因此，我們在進行焊接結構件的施工過程中，應該重點控制住焊接接頭的波浪變形、角變形、縱彎（縱向收縮）、橫向收縮，尤其是對于圓度控制而言，波浪變形和角變形是極為主要的[6]。

當線能量處于一定值的時候,我們如果增大板厚δ,那么就會造成收縮變形下降;但是存在一個難題，那就是焊接結構件在焊接過程中必須要焊透,隨板厚δ增大，線能量也會隨之而增大，也就是焊條金屬熔敷量W會增大，從而也會導致收縮變形量增大。另外，我們在實際焊接施工過程中，焊縫是很有可能需要局部返修,一次焊接是很難將焊接結構件焊透，達到我們的要求，這樣也會導致板厚δ增大，這樣一來，收縮變形量就會不可避免地增大。所以，在設計過程中，我們應該盡量優化、充分考慮到板厚δ。

同時，在機械制造過程中務必要控制好坡口或者根部間隙造成的影響，制作時應該在平臺平面度控制在2 mm的專用平臺下料開坡口處進行，下料尺寸、鋼板畫線務必要精確。還要特別注意控制鋼板卷制過程中卷板機卷輥軸心線和鋼板寬度中心線的垂直度，若事先已經開好縱縫的坡口,那么再開坡口,那么間隙就隨之增加，那么必然需要重新修整坡口。若不垂直,那么,容易造成縱縫間隙過大，縱縫的修整工作量過多。

3.2.2 自由收縮

在焊接結構件焊接之前，應該讓焊接后收縮變形與結構反變形相互抵消,從而大幅度降低或者消除焊接變形，所以，我們應該先焊縱向焊縫的內側，然后再進行適當的拼裝，讓基準圓半徑略小于拼裝構件的圓半徑，兩圓在焊接收縮后就會達到基本重合的狀態，角變形就會得到較好地消除。值得注意的是，由于板厚、管徑各異不同,那么兩圓的半徑可以由施工實踐中的實踐經驗得出。

3.3 消除變形

目前主要有機械加壓矯正變形法和火焰加熱矯正變形法能夠將已存在的焊接殘余變形進行有效地消除，這是經過大量的實踐和理論研究得以證實的。

4 結束語

總之，有效地控制焊接結構件焊接變形極為重要，具有極大的經濟價值和社會意義，我們在日常生產活動中，應該盡可能地多去完善焊接工藝，從而能夠在最大程度上將焊接結構件的焊接變形問題控制住。

[1] 張永興.大型儲罐施工中的焊接變形控制[J].石油工程建設，2002(1)：111-113.

[2] 王貞國.利用焊接線能量控制薄板變形[J].造船技術，1997(2)：154-157.

[3] 黃小榮.大型攪拌槽筒體的焊接工藝[J].有色設備，1998(6)：134-137.

[4] 王濤.不銹鋼管箱焊接變形的控制工藝措施[J].焊接技術，2000(2)：100-103.

[5] 馮永祥.目鏡頭外殼體焊接變形的控制[J].焊接技術，2002(5)：154-157.

[6] 中國機械工程學會焊接學會．焊接手冊[M].第3版.北京：機械工業出版社，2008．