試析焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響

史貴海 邢新

中核工程咨詢有限公司 北京 10007 1

1 焊接變形概述

在焊接過程中，高溫環(huán)境影響焊接材料，使其受熱膨脹，當溫度下降時，焊接材料立即收縮，在冷熱循環(huán)中，焊接材料會發(fā)生變形。一般情況下，焊接材料同一側(cè)連續(xù)焊接引起的焊接變形要大于焊接材料兩側(cè)交叉焊接引起的焊接變形。原因是在很長一段時間內(nèi)，焊接形成的冷熱循環(huán)會影響焊接材料的同側(cè)，即增加其變形。焊接熱量的增加和熱膨脹會導(dǎo)致焊接區(qū)域?qū)嶋H溫度的增加，并降低相應(yīng)的導(dǎo)熱性和靈活性。

2 焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響因素分析

2.1 焊接工藝

目前常用的焊接工藝有電極電弧焊工藝、埋弧焊工藝、熔化電極氣金屬電弧焊工藝等。不同焊接工藝引起的焊接變形量也有顯著差異。在局部焊接過程中，容易引起焊接零件局部過熱，進而使焊接零件在焊接冷卻后發(fā)生變形，如用電極電弧焊焊接時，容易產(chǎn)生橫向收縮變形。為了避免嚴重的不銹鋼焊接變形部分，科學(xué)選擇焊接工藝應(yīng)在焊接之前，考慮到結(jié)構(gòu)特征、性能特征和功能需求不銹鋼成員確保焊接過程用于最大化不銹鋼組件的性能，為了控制焊接變形。同時，由于不銹鋼構(gòu)件在焊接過程中的內(nèi)應(yīng)力，有必要選擇一種有效的方法來消除應(yīng)力，使不銹鋼構(gòu)件的焊接變形最小[1]。

2.2 焊接順序

經(jīng)過多次焊接試驗，發(fā)現(xiàn)焊接順序是影響不銹鋼焊接變形的主要因素，不同的焊接順序會使不銹鋼的應(yīng)力分布和殘余應(yīng)力分布發(fā)生明顯的變化。如果焊接裝配序列是不正確的，它不僅會增加組件的某些部分的焊接難度此外，將焊件變形的結(jié)構(gòu)變形應(yīng)力和內(nèi)部應(yīng)力的作用下，和焊件的質(zhì)量將會降低，甚至造成的廢焊件的問題。在不銹鋼焊件的加工過程中，首先要選擇焊縫，這可能會使零件產(chǎn)生較大的焊接變形。待焊構(gòu)件的焊縫過長，應(yīng)根據(jù)不同構(gòu)件的特點，選擇分段焊接的方法進行加工，合理調(diào)整焊接順序。例如，為了減少焊接變形和消除殘余應(yīng)力角，中間部分的結(jié)構(gòu)應(yīng)該首先選擇焊件焊接依次向外，應(yīng)該首先焊接厚板、薄板應(yīng)該焊接，和關(guān)節(jié)大收縮應(yīng)先焊接，然后用小關(guān)節(jié)收縮應(yīng)該首先焊接縱向焊縫，焊平焊，平行焊縫沿同一方向，先焊短對開焊，再焊直線長對開焊等。

2.3 不銹鋼構(gòu)件定位

不銹鋼構(gòu)件的定位是不銹鋼焊接過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不銹鋼構(gòu)件的定位應(yīng)按照規(guī)范的操作規(guī)程和專業(yè)的測量設(shè)備進行，防止在外力影響下焊接變形，夾持過程中構(gòu)件受力不均勻。同時，有必要注意組件定位偏差的影響其焊接過程和隨后的應(yīng)用效果，并敦促運營商與豐富的經(jīng)驗來選擇高精度定位設(shè)備和測量儀器完成組件定位和緊固焊接變形的概率減少精細定位[2]。

2.4 焊接電流

電弧電壓和焊接電流所代表的焊接參數(shù)也是引起焊接變形的原因之一。例如，當不銹鋼焊接的電弧焊過程中，電弧形成主要通過兩極短路電弧形成后，空氣的溫度在中間的弧將迅速上升，這將導(dǎo)致電離作用下的熱量。由于焊接電流將直接影響到焊接溫度、陰極區(qū)通常是定義的溫度范圍在2500-3500°c，中間弧柱的最高溫度超過5000°c，和測量焊縫中心點的溫度大約是2500°c的過程中焊接不銹鋼、焊接電流的增加而增加的組件體積。

3 消減焊接工藝基于不銹鋼變形影響程度的焊接工藝操作要點

3.1 做好不銹鋼焊接前的準備工作

我們需要做以下準備工作：首先，根據(jù)不銹鋼構(gòu)件整體功能的要求，對焊接變形進行預(yù)估，確定合理的焊接順序和焊接變形的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)整方案。其次，科學(xué)選擇不銹鋼預(yù)焊件防止焊接變形的控制方法。較有效的方法有抗變形法、剛性固定裝配法、預(yù)拉伸法等。不銹鋼構(gòu)件在焊接前，根據(jù)其形狀、尺寸等因素，預(yù)先對其焊接變形進行預(yù)測。這種方法稱為反向變形法。對不銹鋼構(gòu)件特別是大型不銹鋼構(gòu)件進行精密測量，在獲得焊接變形概率和大致位置后，根據(jù)測量結(jié)果采取反變形措施。剛性固定裝配法主要是通過全方位的固定措施來固定不銹鋼焊接構(gòu)件，以降低焊接變形的概率。這種方法需要準備特定的操作機械。預(yù)緊法是防止不銹鋼構(gòu)件變形最有效的方法，主要是在200-400℃對不銹鋼構(gòu)件進行預(yù)緊，消除殘余應(yīng)力。

3.2 跟進不銹鋼焊接過程的質(zhì)量控制

焊接過程是不銹鋼焊接變形的主要時期。因此，對不銹鋼焊接過程進行質(zhì)量控制可以有效地防止焊接變形。焊接前應(yīng)全面研究不銹鋼的焊接方案，確定焊接工藝。在焊接過程中，不銹鋼的性能應(yīng)由專人監(jiān)督。如果遇到導(dǎo)致不銹鋼變形的因素，應(yīng)及時采取以下方法，如熱冷卻、加熱、焊接雙面軋制等。在焊接操作人員的管理，首先是檢查焊接人員的技術(shù)操作水平，二是采取過程卡控制的方法消除焊接安全的隱患，第三個是操作的規(guī)章制度嚴格按照焊接工藝是否有非法操作，及時阻止并糾正，確保焊接操作安全有序的方式進行。

3.3 及時采取措施對焊后作業(yè)進行矯正

焊接前及焊接中如未及時對焊接變形現(xiàn)象進行控制，在焊接結(jié)束后則需要及時采取措施對變形處進行矯正操作。在矯正方法上，根據(jù)不銹鋼構(gòu)件的規(guī)格合理選擇，一般情況下采用高溫火焰加熱及整體加熱這兩種方式。但整體加熱法由于要將不銹鋼構(gòu)件進行整體加熱再加以鍛造，涉及大型不銹鋼構(gòu)件焊后矯正時一般不選用此方法。對于某些因局部高溫變形的區(qū)域，可以使用高溫火焰加熱，通過壓縮性變形的變化來抵消其變形的現(xiàn)象，這一方法能夠有效地矯正不銹鋼變形部位[3]。

4 結(jié)語

中國經(jīng)濟增長越來越快，對不銹鋼設(shè)備的需求也越來越大。但在不銹鋼焊接過程中，不銹鋼構(gòu)件很容易產(chǎn)生變形問題，只要存在變形問題便會破壞財力、物力、人力等資源。現(xiàn)在有很多大型設(shè)備在大量的高端制造業(yè)中使用，大多采用不銹鋼焊接后的工藝，所以對不銹鋼的焊接工藝要求比較高。但在不銹鋼焊接過程中，變形是難以避免的，會對不銹鋼構(gòu)件及其性能產(chǎn)生不利影響。為了盡可能減少焊接過程對不銹鋼變形的影響，應(yīng)采用相應(yīng)的方法控制變形程度，采用合理科學(xué)的解決手段，使變形程度最小，從而更好的服務(wù)于社會。