焊接變形的控制和預(yù)防

馬曉濤++張海鷗

摘 要：焊接是工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要工藝，因?yàn)楹附庸に囎陨淼奶卣鳎趯?shí)際作業(yè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊接變形的問題，如果這些變形處理不當(dāng)，就會(huì)給后續(xù)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響，所以，要有效預(yù)防和控制焊接變形。主要論述了焊接變形的定義及其影響因素、預(yù)防和控制焊接變形的方法和措施，以期為日后的相關(guān)工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：焊接變形；控制方法；預(yù)防措施；影響因素

中圖分類號(hào)：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.065

在完成焊接作業(yè)時(shí)，因?yàn)榧眲〉睦鋮s和加熱，結(jié)構(gòu)難免會(huì)發(fā)生焊接殘余變形。當(dāng)發(fā)生焊接變形時(shí)，不僅會(huì)影響其運(yùn)用的可靠性，還會(huì)影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整性和制造工藝的合理性，因此，必須采取正確的方式方法矯正焊接變形。在矯正過程中，一些材料會(huì)因?yàn)殡y以達(dá)到矯正效果而廢棄，盡管一些材料矯正后能夠再次運(yùn)用，但是，它也會(huì)擾亂作業(yè)計(jì)劃，耽誤很多正常的作業(yè)時(shí)間，導(dǎo)致工時(shí)被浪費(fèi)。所以，在進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，有效預(yù)防和控制焊接變形具有非常重要的作用，而預(yù)防和控制焊接變形可以提升生產(chǎn)效率。

1 焊接變形的定義及其影響因素

1.1 焊接變形的定義

在焊接時(shí)，焊接材料受高溫環(huán)境的影響會(huì)發(fā)生熱膨脹，當(dāng)溫度降低后，它又會(huì)立即收縮，冷熱循環(huán)便會(huì)導(dǎo)致焊接材料發(fā)生變形。通常情況下，在焊接過程中，同一側(cè)持續(xù)焊接發(fā)生的變形要大于兩側(cè)交叉焊接出現(xiàn)的變形，這是因?yàn)楹附铀a(chǎn)生的冷熱循環(huán)長(zhǎng)時(shí)間作用在同一側(cè)，其變形量就會(huì)變大。無論是焊接熱量增加還是熱膨脹增加，焊接區(qū)域的溫度都會(huì)迅速上升，而焊接區(qū)域的熱導(dǎo)率性能和柔韌性能便會(huì)下降。

1.2 焊接變形影響因素

影響焊接變形的因素有很多，主要可以分為3方面，即結(jié)構(gòu)因素、工藝因素和材料因素。在焊接變形中，作用最大的影響因素是焊接結(jié)構(gòu)。焊接結(jié)構(gòu)影響焊接變形是隨著拘束度的改變而變化的，因?yàn)榫惺仍谧兓附游恢玫暮附討?yīng)力也就會(huì)改變，所以，焊接結(jié)構(gòu)對(duì)焊接變形有重要的影響。焊接變形會(huì)隨著拘束度的增加而減少。在實(shí)際焊接工作中，工件的拘束度會(huì)不斷發(fā)生變化，而工件自身結(jié)構(gòu)也會(huì)變?yōu)榫惺Y(jié)構(gòu)，它也會(huì)受到外界拘束的影響。焊接工藝對(duì)焊接變形的影響有很多，例如焊接電壓電流量、焊接方法、焊接順序、構(gòu)件固定方法和焊接胎架等，都會(huì)對(duì)焊接形變產(chǎn)生較大的影響。在眾多焊接工藝影響因素中，焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊懽蠲黠@。焊接順序能夠?qū)附討?yīng)力分布和殘余變形產(chǎn)生直接的作用和影響，而改變焊接順序可以降低焊接變形量。多層焊對(duì)焊接變形的影響也很大，焊接人員在實(shí)際作業(yè)時(shí)，要運(yùn)用特殊工藝措施降低殘余應(yīng)力，利用改善應(yīng)力分布的方法減少變形情況的發(fā)生。材料影響因素既包含焊接材料影響，也包含焊接時(shí)的母材影響。材料的力學(xué)與熱物理性能參與均對(duì)變形過程有一定的影響，熱物理性能影響主要體現(xiàn)于熱傳導(dǎo)系數(shù)——熱傳導(dǎo)系數(shù)小，溫度梯度就大，焊接變形就更加明顯。力學(xué)性能對(duì)變形的影響十分復(fù)雜，而熱膨脹系數(shù)對(duì)其的影響也十分明顯，焊接變形會(huì)隨著熱膨脹系數(shù)的增加而增加。

2 預(yù)防和控制焊接變形的方法、措施

2.1 焊接前有效預(yù)防變形

預(yù)防焊接變形的方法有預(yù)拉伸法、預(yù)變形法和剛性組裝法。預(yù)拉伸法常用于薄板平面構(gòu)件焊接中，焊接作業(yè)在薄板有預(yù)先熱膨脹量或有預(yù)張力條件下進(jìn)行，當(dāng)焊接完成后，立即預(yù)加熱或預(yù)拉伸就會(huì)使薄板恢復(fù)原來的狀態(tài)，這樣就能夠降低焊接的殘余應(yīng)力，有效控制焊接過程中的變形。預(yù)熱薄板主要是為了減小溫度梯度，預(yù)熱溫度不同，其降低殘余應(yīng)力的作用也會(huì)有差別，當(dāng)預(yù)熱溫度為400 ℃時(shí)，鋼中殘余應(yīng)力降低50%.預(yù)變形法也被稱為反變形法，它是將預(yù)測(cè)焊接變形的方向和大小結(jié)合起來。在焊接工件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與焊接殘余變形方向相同、大小相當(dāng)?shù)姆醋冃瘟浚附油瓿珊螅附託堄嘧冃尉蜁?huì)將預(yù)變形量抵消，這時(shí)，焊接構(gòu)件就會(huì)回到設(shè)計(jì)需要的幾何尺寸和形狀。剛性組裝法是運(yùn)用剛性胎具或家具將被焊接的構(gòu)件固定，從而有效控制要焊接構(gòu)件的彎曲變形和角變形。

2.2 焊接過程中嚴(yán)格控制

控制焊接過程的方法是運(yùn)用合理的焊接規(guī)范參數(shù)和焊接方法，根據(jù)正確的焊接順序，運(yùn)用隨焊碾壓、隨焊兩側(cè)加熱和隨焊跟蹤激冷法。不同焊接方法會(huì)帶來不同的線能量——運(yùn)用線能量低的焊接方式，合理控制焊接規(guī)范參數(shù)，能夠有效減小焊接的塑形壓縮區(qū)面積，進(jìn)而降低出現(xiàn)焊接變形的概率。在焊接過程中，要注意合理劃分焊接部件和組件，在組焊后再開始部分間的焊接，進(jìn)而提升組對(duì)精度。運(yùn)用隨焊碾壓、隨焊兩側(cè)加熱和隨焊跟蹤激冷法，能夠降低殘余應(yīng)力，減小焊接變形。因?yàn)殡S焊碾壓法操作不方便、操作設(shè)備比較復(fù)雜，所以，在實(shí)際生產(chǎn)過程中運(yùn)用得比較少，但是，它在提升焊接變形方面具有其他方法不能實(shí)現(xiàn)的效果。隨焊兩側(cè)加熱可以使縱向應(yīng)變、橫向應(yīng)變和剪切應(yīng)變均勻分布，這樣應(yīng)變力能夠平緩變化，而焊接的殘余應(yīng)力也會(huì)隨之減小。隨焊激冷法可以大大減小殘余應(yīng)力，降低發(fā)生變形的概率。

2.3 焊接后的矯正方法

完成構(gòu)件焊接后，必須利用一些矯正方法消除或減小已經(jīng)出現(xiàn)的殘余變形。焊接后的矯正方法主要有機(jī)械矯正法和加熱矯正法。機(jī)械矯正法是運(yùn)用沖擊能或機(jī)械力進(jìn)行變形矯正，包括焊縫滾壓法、靜力加壓矯正法和錘擊法。加熱矯正法分為局部加熱和整體加熱。局部加熱多運(yùn)用火焰加熱焊接構(gòu)件的局部位置，當(dāng)材料處于高溫位置時(shí)，其熱膨脹會(huì)受構(gòu)件自身剛性的制約發(fā)生壓縮性變形。當(dāng)溫度比較低時(shí)，冷卻收縮，將焊后伸長(zhǎng)變形抵消掉，從而實(shí)現(xiàn)矯正目的。氣焊焊炬是火焰加熱法常用的工具，其操作簡(jiǎn)單，所以，在實(shí)際生產(chǎn)過程中運(yùn)用得比較多。整體熱矯正是加熱整體構(gòu)件，使整體構(gòu)件的溫度達(dá)到鍛造溫度的要求后再對(duì)其進(jìn)行矯正，整體熱矯正能夠消除較大的形狀偏差。

3 結(jié)束語

焊接屬于特種作業(yè)，它的技術(shù)含量很高，所以，為了確保焊接質(zhì)量，預(yù)防和控制焊接變形是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。引發(fā)焊接變

形的因素有很多，例如焊接材料、結(jié)構(gòu)和環(huán)境等，這些都會(huì)給焊接帶來直接的影響。在實(shí)際焊接作業(yè)時(shí)，一定要結(jié)合焊接現(xiàn)場(chǎng)的具體條件、環(huán)境等因素進(jìn)行有效分析，進(jìn)而制訂出合理的焊接方法和工藝，有效預(yù)防和控制焊接變形。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕