焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響分析及控制措施

張興品

（中石化江鉆石油機械有限公司，湖北 武漢 430223）

根據(jù)焊接工藝的加工原理，焊接過程中會對工件局部區(qū)域輸入大量的熱量以實現(xiàn)母材和焊材的融合，這是一種復雜的局部冶金過程，一旦焊接工藝處理不當，冷卻后易產(chǎn)生較大的焊接殘余應力，最終導致焊接結構的變形。從這個角度講，如何使用合適的焊接工藝控制工件的變形，是當前焊接相關行業(yè)必須思考的問題。

目前，不銹鋼的連接最常用的方法就是焊接。在不銹鋼的焊接過程中，有很多因素會影響焊接的質量，任何一個不合理的因素都會導致不銹鋼結構的變形以及不銹鋼本身材料的損壞。這些問題會嚴重影響焊接成品的質量，以致焊接成品的多項功能難以完全發(fā)揮，從而會降低焊接成品的實用性。因此，本文就焊接技術對焊接變形的不利影響進行了有目的研究，可以有效地減少不銹鋼產(chǎn)品的焊接變形，提升焊接產(chǎn)品的質量。

1 焊接技術對不銹鋼焊接變形的影響

1.1 焊接方法的影響

隨著國內工業(yè)水平不斷的提升，人們對各種各樣的工業(yè)產(chǎn)品的需求量也日益增大，從而推動了焊接方法的多樣化發(fā)展。經(jīng)過焊接研究者長時間的研究與實踐，目前，已經(jīng)具備了多樣化的焊接方法，不同的焊接方法會對工件產(chǎn)生不一樣的熱輸入。就不銹鋼材料而言，不同類型的不銹鋼材料受到溫度的影響程度是不同的，而不銹鋼焊接產(chǎn)生變形的重要原因是由于焊接過程中大量的熱能輸入造成產(chǎn)品上出現(xiàn)高溫熔融區(qū)、熱影響區(qū)以及母材的低溫區(qū)，這些不同區(qū)域的不銹鋼材料會因為不同的溫度出現(xiàn)不一樣的質量體積，在冷卻后高溫區(qū)呈現(xiàn)拉應力，低溫區(qū)出現(xiàn)壓應力，這些殘余應力最終會導致焊接產(chǎn)品的變形。要選取合適的焊接工藝，首先，要對不銹鋼材料進行分析研究，掌握不銹鋼本身的各項材料特性，了解不銹鋼材質受溫度的影響曲線，并選取較為合適的焊接方法，從而可以有效地降低不銹鋼焊接變形的程度，提升焊接成品的質量。

1.2 焊接順序不同

不同的焊接順序會對工件產(chǎn)生不一樣的應力，在這一基礎上影響不銹鋼焊接成品變形的最主要因素之一是焊接順序的選擇。不同的焊接順序會直接導致不銹鋼焊接成品內部的應力分布發(fā)生改變，采取較為合理的焊接順序，能夠有效地

優(yōu)化應力的分配，進一步提升不銹鋼焊接成品的質量。在具體的焊接過程中，要針對不銹鋼材質本身的特性進行分析，提前明確應該采用的焊接順序，并保證按照焊接工藝的要求實施焊接。選擇合適的焊接順序能夠有效地減緩不銹鋼焊接過程中的變形，進一步提升不銹鋼焊接成品的質量。

1.3 焊接裝夾定位的影響

在焊接前對產(chǎn)品的各個焊接零部件進行裝夾定位，可以起到固定零部件和防止零部件因焊接應力在焊接過程產(chǎn)生變形，因此，合適的裝夾位置和固定方式能夠有效降低焊接產(chǎn)品的變形。

在制定裝夾方式時，要優(yōu)先考慮定位方式，特別是焊接不銹鋼薄板件和異形件時。在焊接過程中，合理的定位可以減少加工誤差的累計，并起到防止焊接過程的零部件變形的作用。定位點的選取要事前評估焊接件的抗變形能力和焊接過程產(chǎn)生的殘余應力，定位點靠近焊接應力較大的位置可以很好地防止不銹鋼工件變形。對于焊接殘余應力比較大的焊接件，可以用反變形的定位方式選取定位點，給焊接工件留有變形余量，在釋放焊接應力后滿足不銹鋼工件的尺寸要求。除了定位點的選取，夾緊方式的合理應用也能有效減少焊接變形。

1.4 焊接工藝參數(shù)的影響

焊接參數(shù)是焊接工藝的主要構成，主要包括焊接速度、焊接電流、焊接電壓和焊接角度等。這些參數(shù)決定了焊接過程的熱量輸入和最終的焊縫形貌，一般焊縫的形貌應呈平坦或微凸形。合適的焊接速度滿足焊縫的填充要求。焊接件的變形也與焊接熱輸入有關，熱輸入越高焊縫熱脹冷縮越厲害，意味著變形越嚴重。增大焊接速度降低電流和電壓，是減少焊接熱輸入的主要方法。在不銹鋼的焊接工藝中，合適的焊接參數(shù)能夠有效減輕焊接變形。

2 針對不銹鋼焊接變形的解決措施

2.1 做好焊前的準備工作

在不銹鋼焊接過程開始之前，必須做好充分準備，才能夠更加有效地避免不銹鋼焊接產(chǎn)品變形情況的產(chǎn)生。充分的準備工作包括：（1）了解當前焊接的不銹鋼構件之間的焊裝要求以及各個不銹鋼構建的基本材料特征，并對不銹鋼構件進行結構分析和產(chǎn)品性能研究，確定不銹鋼構件應該采用哪種焊接方法和焊接工藝進行焊接。同時，通過了解不銹鋼材料構件的結構特征，確定應力集中區(qū)域和易變形位置，優(yōu)化整個產(chǎn)品的焊接順序，使產(chǎn)品整體呈現(xiàn)較為合理的應力分布，能夠有效地減小不銹鋼產(chǎn)品的變形；（2）對不銹鋼產(chǎn)品的常見變形進行分析和研究，通過研究歸納出針對該不銹鋼產(chǎn)品的預防變形的方案，并設計焊接過程中的變位器和焊接夾具，合適的焊接夾具可以避免焊接過程中的零部件因焊接應力發(fā)生位置改變，通過保證不銹鋼構件的穩(wěn)定性，防止不銹鋼焊接構件的變形。夾具上的反變形定位可以在減少焊接殘余應力的基礎上保證焊接尺寸，防止不銹鋼產(chǎn)品后續(xù)變形。用變位器改變不銹鋼產(chǎn)品焊縫的位置，使焊接更容易實施，焊縫成型會更好、變形更小。綜上所述，通過提前分析和預防，采取多樣化的手段來防止不銹鋼變形是十分必要的。

2.2 加強焊接過程的質量控制

焊接過程是整個不銹鋼結構件加工的最重要環(huán)節(jié)，防止不銹鋼焊接變形的主要的方式是對焊接過程工作進行監(jiān)督和控制。通過采取提前編制技術規(guī)范、實施現(xiàn)場監(jiān)督、要求作業(yè)人員按照焊接技術要求對焊接件進行預處理、焊接零部件按照技術規(guī)范進行裝夾定位以及焊接參數(shù)滿足工藝要求的控制措施，達到提升焊接質量及防止不銹鋼焊接構件變形的目的，從而進一步提升不銹鋼焊接構件質量的穩(wěn)定性。除此之外，還要對焊接設備定期進行檢修，對焊接工裝進行維護，保證焊接過程在一個穩(wěn)定的環(huán)境內進行。對批量生產(chǎn)的不銹鋼焊接件，要做好首檢和抽檢工作，根據(jù)產(chǎn)品變形情況，要及時返修和處理。其次，在具體的焊接過程中，要對焊接工作人員進行專業(yè)技術知識考核，保證焊接工作人員能夠按照標準規(guī)范的進行焊接操作。采取以上措施可以有效保證焊接工作的順利進行，并能夠提升不銹鋼焊接構件的質量。

2.3 建設健全的事后補救機制

焊接過程中很容易由于焊接人員的操作不當以及各種各樣的因素影響導致不銹鋼焊接構件變形的產(chǎn)生。因此，不銹鋼構件一旦在焊接完成后產(chǎn)生了變形，就必須采取有效的措施進行補救。不銹鋼焊接構件產(chǎn)生變形是由于內部的應力不平衡引起的，應了解當前不銹鋼焊接構件變形產(chǎn)生的具體原因，采取合理的措施矯正不銹鋼的變形。可用于不銹鋼焊接構件變形的矯正方法有：（1）采用機械施加外力的方式來矯正不銹鋼的變形，由于變形程度不一致，這種模式一般以人力矯正的方式為主。需要注意的是，人力矯正要求矯正的工作人員具備較為豐富的工作經(jīng)驗以及較強的專業(yè)技術，能夠在避免裂縫壓痕等不良情況下完成不銹鋼構件的變形矯正。（2）采取對不銹鋼焊接構件變形部位進行加熱的糾正方式，這種方式的主要工作原理是加熱可以使構件消除焊接殘余應力，通過這種方法來矯正不銹鋼焊接構件中的變形部位不容易反彈。在具體的變形矯正過程中，靈活運用以上兩種矯正方式來提升不銹鋼焊接變形部位的矯正效率，從而進一步提升不銹鋼焊接結構件的質量。

3 結語

在焊接工藝方面對不銹鋼焊接結構件變形問題，可以采取焊前做好充分的分析和試驗驗證，制定有效的技術方案。通過控制焊接過程，嚴格要求操作人員按照技術要求實施焊接。對焊接變形的產(chǎn)品采取合適的方法進行矯正，并通過分析焊接變形原因優(yōu)化不銹鋼焊接技術，推動不銹鋼焊接技術的進步。