焊接變形的控制和預防

馬曉濤++張海鷗

摘 要：焊接是工業生產中的一種重要工藝，因為焊接工藝自身的特征，在實際作業時，經常會出現焊接變形的問題，如果這些變形處理不當，就會給后續生產造成嚴重的影響，所以，要有效預防和控制焊接變形。主要論述了焊接變形的定義及其影響因素、預防和控制焊接變形的方法和措施，以期為日后的相關工作提供參考和借鑒。

關鍵詞：焊接變形；控制方法；預防措施；影響因素

中圖分類號：TG404 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.065

在完成焊接作業時，因為急劇的冷卻和加熱，結構難免會發生焊接殘余變形。當發生焊接變形時，不僅會影響其運用的可靠性，還會影響結構設計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，一些材料會因為難以達到矯正效果而廢棄，盡管一些材料矯正后能夠再次運用，但是，它也會擾亂作業計劃，耽誤很多正常的作業時間，導致工時被浪費。所以，在進行焊接作業時，有效預防和控制焊接變形具有非常重要的作用，而預防和控制焊接變形可以提升生產效率。

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，焊接材料受高溫環境的影響會發生熱膨脹，當溫度降低后，它又會立即收縮，冷熱循環便會導致焊接材料發生變形。通常情況下，在焊接過程中，同一側持續焊接發生的變形要大于兩側交叉焊接出現的變形，這是因為焊接所產生的冷熱循環長時間作用在同一側，其變形量就會變大。無論是焊接熱量增加還是熱膨脹增加，焊接區域的溫度都會迅速上升，而焊接區域的熱導率性能和柔韌性能便會下降。

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，即結構因素、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構。焊接結構影響焊接變形是隨著拘束度的改變而變化的，因為拘束度在變化，焊接位置的焊接應力也就會改變，所以，焊接結構對焊接變形有重要的影響。焊接變形會隨著拘束度的增加而減少。在實際焊接工作中，工件的拘束度會不斷發生變化，而工件自身結構也會變為拘束結構，它也會受到外界拘束的影響。焊接工藝對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、構件固定方法和焊接胎架等，都會對焊接形變產生較大的影響。在眾多焊接工藝影響因素中，焊接順序對焊接變形的影響最明顯。焊接順序能夠對焊接應力分布和殘余變形產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。多層焊對焊接變形的影響也很大，焊接人員在實際作業時，要運用特殊工藝措施降低殘余應力，利用改善應力分布的方法減少變形情況的發生。材料影響因素既包含焊接材料影響，也包含焊接時的母材影響。材料的力學與熱物理性能參與均對變形過程有一定的影響，熱物理性能影響主要體現于熱傳導系數——熱傳導系數小，溫度梯度就大，焊接變形就更加明顯。力學性能對變形的影響十分復雜，而熱膨脹系數對其的影響也十分明顯，焊接變形會隨著熱膨脹系數的增加而增加。

2 預防和控制焊接變形的方法、措施

2.1 焊接前有效預防變形

預防焊接變形的方法有預拉伸法、預變形法和剛性組裝法。預拉伸法常用于薄板平面構件焊接中，焊接作業在薄板有預先熱膨脹量或有預張力條件下進行，當焊接完成后，立即預加熱或預拉伸就會使薄板恢復原來的狀態，這樣就能夠降低焊接的殘余應力，有效控制焊接過程中的變形。預熱薄板主要是為了減小溫度梯度，預熱溫度不同，其降低殘余應力的作用也會有差別，當預熱溫度為400 ℃時，鋼中殘余應力降低50%.預變形法也被稱為反變形法，它是將預測焊接變形的方向和大小結合起來。在焊接工件時，會產生與焊接殘余變形方向相同、大小相當的反變形量，焊接完成后，焊接殘余變形就會將預變形量抵消，這時，焊接構件就會回到設計需要的幾何尺寸和形狀。剛性組裝法是運用剛性胎具或家具將被焊接的構件固定，從而有效控制要焊接構件的彎曲變形和角變形。

2.2 焊接過程中嚴格控制

控制焊接過程的方法是運用合理的焊接規范參數和焊接方法，根據正確的焊接順序，運用隨焊碾壓、隨焊兩側加熱和隨焊跟蹤激冷法。不同焊接方法會帶來不同的線能量——運用線能量低的焊接方式，合理控制焊接規范參數，能夠有效減小焊接的塑形壓縮區面積，進而降低出現焊接變形的概率。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，進而提升組對精度。運用隨焊碾壓、隨焊兩側加熱和隨焊跟蹤激冷法，能夠降低殘余應力，減小焊接變形。因為隨焊碾壓法操作不方便、操作設備比較復雜，所以，在實際生產過程中運用得比較少，但是，它在提升焊接變形方面具有其他方法不能實現的效果。隨焊兩側加熱可以使縱向應變、橫向應變和剪切應變均勻分布，這樣應變力能夠平緩變化，而焊接的殘余應力也會隨之減小。隨焊激冷法可以大大減小殘余應力，降低發生變形的概率。

2.3 焊接后的矯正方法

完成構件焊接后，必須利用一些矯正方法消除或減小已經出現的殘余變形。焊接后的矯正方法主要有機械矯正法和加熱矯正法。機械矯正法是運用沖擊能或機械力進行變形矯正，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。局部加熱多運用火焰加熱焊接構件的局部位置，當材料處于高溫位置時，其熱膨脹會受構件自身剛性的制約發生壓縮性變形。當溫度比較低時，冷卻收縮，將焊后伸長變形抵消掉，從而實現矯正目的。氣焊焊炬是火焰加熱法常用的工具，其操作簡單，所以，在實際生產過程中運用得比較多。整體熱矯正是加熱整體構件，使整體構件的溫度達到鍛造溫度的要求后再對其進行矯正，整體熱矯正能夠消除較大的形狀偏差。

3 結束語

焊接屬于特種作業，它的技術含量很高，所以，為了確保焊接質量，預防和控制焊接變形是一個重要環節。引發焊接變

形的因素有很多，例如焊接材料、結構和環境等，這些都會給焊接帶來直接的影響。在實際焊接作業時，一定要結合焊接現場的具體條件、環境等因素進行有效分析，進而制訂出合理的焊接方法和工藝，有效預防和控制焊接變形。

參考文獻

[1]王毅.淺析焊接變形的控制方法[J].山東工業技術，2013（15）.

[2]傅劍峰.如何控制和預防焊接變形[J].中國包裝工業，2013（12）.

〔編輯：白潔〕