淺談焊接變形與控制

摘要：通過對焊接變形產生的原因和種類的分析，為如何預防焊接變形所要采取的措施進行了闡述。

關鍵詞：焊接變形 控制措施

焊接技術是機械制造業、建筑業及其他行業的關鍵技術之一，涵蓋了機械礦山、航空航天、石油化工、建筑、起重及國防等各個行業。焊接為制造業的基礎工藝與技術，為工業經濟的發展做出了重要的貢獻。據工業發達國家統計，每年需要經焊接加工才能使用的鋼材就占鋼材總產量的45%左右，我國也約有35%-45%的鋼材要經過焊接才能變為最終的產品，而在鋼材經過焊接成為最終產品的過程中我們經常會遇到焊接變形，如何控制焊接變形是鋼材能否順利成為產品的關鍵因素之一。因為在實際生產過程中焊接變形不僅影響焊件尺寸的準確性、外觀質量和使用功能，而且很有可能降低焊件結構的承載力，輕則會使焊件報廢，重則會造成安全生產事故。因此在實際生產中我們應從設計、焊接工藝，焊接方法、裝配工藝著手來控制焊接變形，減小焊接變形，。

1.焊接變形產生的原因及類型

所謂焊接變形就是在焊接過程中，因為采用的是集中熱源的局部加熱，所以在焊件上會產生不均勻的溫度場。不均勻溫度場會使材料產生不均勻膨脹，處于高溫區域的材料在加熱過程中膨脹量大，溫度較低的區域、膨脹量較小，冷熱收縮不均勻就產生了變形。焊接變形可以區分為在焊接熱過程中發生的瞬態熱變形和室溫條件下的殘余變形。而殘余變形是影響焊接質量的主要因素，也是破壞最強的變形類型。焊接結構焊后的殘余變形主要有：

1.1.縱向和橫向收縮變形：焊件在焊后延焊縫方向發生的縱向收縮變形和垂直于焊縫方向發生的橫向收縮變形。這兩種收縮變形都是難以修復的，應在焊前下料時留有一定的余量，避免焊件焊后返工或報廢；

1.2.彎曲變形：是由焊縫的縱向收縮變形和橫向收縮變形引起的構件焊后的彎曲，例如橫向焊縫在構件上分布不對稱引起的變形；

1.3.角變形：焊縫截面形狀不對稱，或施焊層次不合理致使焊件的平面圍繞焊縫在厚度方向上橫向收縮變形，例如T型接頭的變形；

1.4.波浪變形：焊件在焊接內應力的壓應力的作用下，焊件可能失穩，焊后呈波浪形。實際生產中薄板容易在焊后產生這種成波浪型的變形，例如：由幾條相互平行的角焊縫橫向收縮產生的組合變形就會形成波浪變形；

1.5.扭曲變形：焊后沿構件的長度方向出現的螺旋形變形，而造成扭曲變形的原因一般是由于裝配不良，施焊順序不合理，致使焊縫的縱向和橫向收縮變形沒有規律性而引起的。角變形和波浪變形屬于局部變形，其他變形類型屬于整體變形。

2.預防焊接變形采取的措施

2.1.首先焊接結構在設計時

2.1.1.選用合理的焊縫尺寸和形狀，在保證結構有足夠承載能力的前提下，應采用盡量小的焊縫尺寸，同時選用對稱破口。

2.1.2.應合理的安排焊縫位置和數量，在設計焊接連接縫位置時，應按焊接件的構造進行對稱布置，通過合理的焊接順序，焊接件只能產生線性變形；當焊縫為不對稱時，產生的多為彎曲變形。所以盡量以構件的截面的中性軸為對稱軸，焊縫不宜過長、過多、過于集中；在設計焊接連接縫數量時，適當的選擇壁板厚度，可以減少肋板的數量，這樣可以節省焊后由于變形而產生的變形校正投入。對于要求不嚴格的焊接件，這樣做即使重量稍大，但還是比較經濟的。

2.2.其次應該采取合理的裝配工藝，因為結構的整體剛性總是比它的部件的剛性大，抗變形能力也強。一般采用

2.2.1.預留收縮余量法，就是在焊接之前通過計算預先把焊接之后縮短的尺寸預留出來；

2.2.2.反變形法，由于在冷卻過程中焊縫會產生收縮反應，結果減少了工件焊接后的尺寸。為了抵消這種由于冷卻而產生的焊接變形，在焊前裝配時，人為地將焊件向焊接變形相反的方向進行變形。一般情況下，只要預計準確，控制得當，就能取得良好的效果。

2.2.3.剛性固定法，剛性固定法防止彎曲變形的效果遠不如反變形法，焊接薄板時常采用這種方法，為了防止薄板焊接時的變形，常在焊縫兩側加型鋼、壓鐵或楔子壓緊固定。這種方法在焊接施工中應用較多，對角變形和波浪變形有顯著地效果。

2.2.4.選擇合理的裝配順序也是控制焊接變形的有效手段，對于大型焊件結構，適當的分成幾個部件，分別進行裝配焊接，然后再拼焊成整體，使不對稱的焊縫或收縮量較大的焊縫能自由的收縮，而不至于引起整體結構的變形，也可以有效的預防焊接變形。

2.3.最后采取合理的焊接工藝措施。

2.3.1.采用合理的焊接方法；在實際生產中盡量選擇C02氣體保護焊等熱源比較集中的焊接方法，不易采用焊條電弧焊，特別是不宜選用氣焊。因為對于相同焊件、相同焊縫，選擇不同的焊接方法，其焊接變形也不同，埋弧焊的焊接變形最大，其次為手弧焊，最小的焊接變形為C02氣體保護焊。

2.3.2.采用合理的焊接順序和方向；對截面形狀、焊縫布置均勻對稱的焊件，應采用對稱焊接施工，而對于一些不對稱焊縫，應先焊焊縫少的一側后焊焊縫多的一側。這樣可使后焊一側的變形足以抵消先焊一側的變形，以減少焊件整體變形。

2.3.3.進行層間錘擊：錘擊焊縫法是在焊縫的冷卻過程中，用圓頭小錘均勻迅速地錘擊焊縫，使金屬產生塑性延伸變形，抵消一部分焊接收縮變形，從而減小焊接變形

在焊接生產中，，焊接變形是不可避免的，由于設計、工藝和操作方法的不合理會產生不同的焊接變形，而不同種類的焊接變形往往又不是單獨出現的，而是同時出現，它們互相作用，互相影響。所以只有全面分析影響焊接變形的各種因素，掌握其影響規律，才能采取合理有效的措施來控制焊接變形。

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[5]付榮柏 焊接變形的控制與矯正 機械工業出版社 2006年

作者簡介：

郭廣凱（1978--），男，河南安陽人，本科，土木工程專業，研究方向：焊接變形與控制.