焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響研究

摘要：不銹鋼性能優良、綜合條件好，在諸多領域被廣泛應用，焊接是不銹鋼連接的最常見方式。但在不銹鋼焊接期間可能會出現變形情況，對產品質量造成較大影響。因此，掌握焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響有著重要意義，但目前關于焊接工藝對不銹鋼焊接變形的研究存在不足。基于此，分析了不銹鋼焊接變形的危害，從焊接方法、焊接參數、焊接順序、焊件拘束度等方面提出焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響，并探究焊接變形的控制措施，包括優化焊接工藝、合理設置焊接順序、采用預變形法、采用剛性固定法等，還在降低不銹鋼焊接變形，保證產品加工質量。

關鍵詞：不銹鋼不銹鋼性能焊接變形焊接工藝焊接方法

ResearchontheInfluenceofWeldingProcessonStainlessSteelWeldingDeformation

LIKun

LanzhouModernVocationalCollege，Lanzhou，GansuProvince，730314China

Abstract：Stainlesssteelhasexcellentperformanceandcomprehensiveconditions，andiswidelyusedinmanyfields.Weldingisthemostcommonwayofstainlesssteelconnection.However，deformationmayoccurduringstainlesssteelwelding，whichhasagreatimpactonproductquality.Therefore，itisofgreatsignificancetomastertheinfluenceofweldingprocessonstainlesssteelweldingdeformation.However，thereiscurrentlyinsufficientresearchontheeffectofweldingprocessesonstainlesssteelweldingdeformation.Basedonthis，theharmofstainlesssteelweldingdeformationisanalyzed，andtheinfluence ofweldingprocessonstainlesssteelweldingdeformationisproposedfromtheaspectsofweldingmethod，weldingparameters，weldingsequence，weldmentrestraint，etc.，andthecontrolmeasuresofweldingdeformationareexplored，includingoptimizingweldingprocess，reasonablysettingweldingsequence，usingpredeformationmethod，usingrigidfixationmethod，etc.，whichalsoreducestainlesssteelweldingdeformationandensureproductprocessingquality.

KeyWords：Stainlesssteel;Stainlesssteelperformance;Weldingdeformation;Weldingprocess;Weldingmethod

不銹鋼由于性能卓越，已然成為當代工業體系中的重要材料。不銹鋼連接主要采用焊接技術，但焊接期間造成的不銹鋼焊接變形問題一直都是行業重點關注的問題。焊接變形不僅會對不銹鋼制品外觀，同時也會影響其內部結構強度、降低其使用性能。目前，對焊接工藝和不銹鋼變形之間的研究尚顯不足。通過明確焊接工藝對焊接變形的影響機理，對保證變形控制、提高焊接質量有著重要意義。這就需要進一步分析各類焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響因素，從而采取有效的應對策略，降低焊接時不銹鋼的變形量。

1不銹鋼焊接變形的類型與危害

1.1不銹鋼焊接變形的類型

1.1.1收縮變形

收縮變形是指焊縫冷卻期間，由于熱脹冷縮的效應影響，冷卻期間會沿著焊縫長度方向發生緊縮，導致焊件尺寸減小。

1.1.2角變形

該變形種類是指焊接焊透厚度方向產生不均勻收縮，應力較弱的一側屈服，導致接頭部位彎曲。

1.1.3彎曲變形

焊縫不對稱分布、焊接順序不科學等問題導致焊件產生應力彎曲。

1.1.4波浪變形

主要出現在較薄的不銹鋼板中，不銹鋼薄板上呈現為波浪起伏狀態。

1.1.5扭曲變形

是指焊件焊接期間受到多種復雜的拘束作用影響及不均勻加熱影響，從而造成的整體扭轉問題。

1.2危害

不銹鋼焊接變形的危害較大，不僅會降低焊接件的結構尺寸降低，難以滿足裝配需求，同時還會加大后期的加工成本和難度。例如：機械制造期間，焊接變形會造成零部件無法精準安裝，影響設備正常運行以及安全性。焊接變形還會造成接頭部位存在較大的殘余應力，造成焊接接口部位開裂、疲勞失效等問題，降低了焊接件的使用壽命、使用安全[1]。

2焊接工藝對焊接變形的影響因素

2.1焊接方法

不銹鋼的焊接方法有很多，如焊條電弧焊、熔化極氣體保護焊、鎢極氬弧焊等，不同的熱量輸入及焊接速度對焊接變形的影響也存在差異。通常情況下，所輸入的熱量越大，焊接變形量就越大，二者成正比關系。例如：焊條電弧焊由于熱效率低、熱量輸入量大，因此理論上焊接變形量相比其他焊接方法就更大。其余兩種焊接方法的焊接熱效率、熱量輸入量更少，可減少焊接變形量。

2.2焊接參數

焊接參數主要包括電流、電壓、焊接速度等參數，這些參數的大小會對焊接熱輸入、焊縫冷卻速度直接產生影響，進而對焊接變形產生影響。通常焊接電流、焊接速度會直接影響焊接變形量，例如：焊接電流從100A提升至150A，則焊接變形量理論上可提升50%以上。同時，焊接電壓變化也會影響不銹鋼的焊接質量，如果焊接電壓過大，則會加大不銹鋼焊接變形概率。通過相關數據查詢表明，焊接速度每降低10cm/min，則焊接變形量會增大2mm左右[2]。

2.3焊接順利

焊接順序是否合理也會對焊接變形造成影響。采用對稱焊接、分段退焊順序，可以提高焊接期間熱量分布的均勻性，從而減少冷熱應力，降低變形量。例如：在長焊縫焊接期間，采用分段退焊順序可有效控制不銹鋼的焊接變形量，將其控制在指定范圍內。

2.4焊件拘束度

焊件拘束度和焊接變形成反比關系，也就是焊件拘束度越小，焊接變形量就越大；反之，焊件拘束度越大、焊接變形越大，但也會增加殘余應力。在焊接作業中，應結合實際情況科學設定焊件拘束度，例如：在大型構件焊接期間，可采用夾具、支撐等方法提升焊件拘束度，避免過大的焊接變形。如果拘束度過大，可能在焊件接頭部位產生裂紋等缺陷。

3不銹鋼焊接變形的控制技術

3.1預變形法

焊接前對不銹鋼焊件進行預變形，從而補償焊接期間所產生的變形應力。該方法需要結合焊接變形預測結果，精準計算焊接變形量以及變形方向。例如：針對容易發生彎曲變形的不銹鋼焊件，可將未焊接的焊件向反方向彎曲一定量，在焊接期間產生的反向作用力，將不銹鋼焊件恢復到平整狀態。

3.2剛性固定法

該方法是采用夾具等工具將不銹鋼焊件固定住，從而限制其產生焊接變形情況，但在應用中需要避免過度拘束導致焊線處殘余應力過大。特別是一些關鍵部位、變形要求高的焊件焊接期間可采用剛性固定法。例如：在管道焊接中，可使用卡箍等工具固定管道，減少焊接變形量。過度剛性固定會增大接頭部位參與應力，最終會對焊接質量造成影響。

3.3散熱法

不銹鋼焊件變形的根本原因是熱脹冷縮產生的強大應力，而散熱法就是借助強制冷縮等散熱方法，提高焊縫冷卻速度，從而減少焊縫變形問題。在實際應用中，在焊接附近設置冷卻裝置，如風冷裝置、噴水冷卻裝置等，用于降低焊縫溫度，降低變形量參數。科學應用散熱法可明顯降低不銹鋼焊件的變形量。

4不銹鋼焊接變形控制的有效措施

針對上述造成不銹鋼焊接變形的主要原因，可通過采取一系列的綜合性防控措施，根據不銹鋼焊件的焊接輕鋼和材質特性，科學地選擇焊接工藝、調節焊接參數，從而控制不銹鋼焊件焊接變形量，保障不銹鋼產品焊接質量和產品性能。

4.1合理設計焊接結構

不銹鋼焊件設計階段，就要全方位考慮焊接變形的可能性。如不銹鋼板厚度為10mm，通過對焊接接頭的尺寸、形式進行優化，可有效減少30%左右的焊縫數量，從而降低焊接期間的熱輸入量、拘束度等，通常減少幅度達到25%左右。總之，在焊接結構設計中，應避免使焊接結構過于復雜，同時還要科學設置焊縫位置[3]。

4.2選擇合適的焊接工藝

4.2.1焊接方法選擇

不同的焊接方法對不銹鋼焊件焊接變形的影響不同。在相同的條件下，采用氬弧焊焊接方法所產生的相對變形量更小，例如：在5mm的不銹鋼板焊接中，相較于焊條電弧焊，采用氬弧焊焊接可以使變形量降低40%以上。所以，在條件允許的情況下，盡可能地使用氬弧焊代替電弧焊。

4.2.2焊接工藝參數

嚴格控制不銹鋼焊件焊接時的電流、電壓、焊接速度等參數。通常在焊接電流降低20A、電壓降低5V、焊接速度提升10cm/min時，其熱輸出量僅有之前的60%，從而減少不銹鋼焊件變形問題的出現。另外，嚴格按照標準設置焊接順序，積極采用對稱焊接等有效方案，保持焊接期間熱能分布更加均勻，避免出現不均變形[4]。

4.2.3優化焊接工藝

焊接期間應選擇合適的焊接方法和參數，同時也要結合當前工藝的不足，采取相應的優化措施，如薄板焊接可采用熔化極氣體保護焊工藝，通過嚴控焊接參數，確保熱輸入量符合質量標準。

4.3焊接前準備

4.3.1焊接預處理

對不銹鋼焊件提前進行預處理，將表面的銹跡、油污等雜質清除干凈，從而提高焊接質量，減少產生質量缺陷的概率，控制焊接變形量。通常對不銹鋼焊件展開科學的預處理工作，能夠減少15%的焊接變量發生概率。

4.3.2預熱

如果不銹鋼焊件較厚或拘束度較大，可采用適當的預熱方法，避免焊接期間冷卻速度過快。例如：將15mm厚的不銹鋼板放置在150℃溫度環境中預熱，通常焊接變形量可降低20%左右。在預熱期間，應合理控制預熱溫度，避免因為溫度過高影響不銹鋼焊件整體質量[5]。

4.4焊接過程中的焊縫控制

4.4.1采用約束固定

焊接期間，可借用夾具等設備對不銹鋼焊件拘束固定，限制焊接時產生的變形量。拘束固定必須保持適中，避免過度拘束造成局部焊接應力過大，嚴重會造成焊縫處的接裂紋。

4.4.2控制焊接熱輸入

除了科學選擇焊接工藝參數外，還可以配合使用間歇焊接、分段焊接等多種焊接方法，對不銹鋼焊件熱分布實時掌控，采取有效措施避免局部過熱造成的變形問題。

4.4.3實時監測和調整

采用先進的監測儀器，如應變計、測溫儀等設備，對焊接期間不銹鋼焊件的溫度、變形量實時監測。待到監測變形量達到設定標準值后，系統會自動調節焊接工藝參數，并開啟相應的控制系統，確保不銹鋼焊件焊接變形量在標準范圍內。

4.5焊接后處理

4.5.1熱處理

對完成焊接的不銹鋼焊件進行熱處理，如去應力退火等工藝，能夠將焊件中的殘余應力消除，減少焊接變形量。熱處理技術應用前，應結合不銹鋼焊件的焊接情況、材質進行方案設計[6]。

4.5.2矯正

如果不可避免地產生焊接問題，則要采取相應的矯正手段，如機械矯正、火焰矯正等方法，無論采用哪種矯正方案，都要控制矯正的方法、力度，避免對不銹鋼焊件造成新的損傷問題。

5結語

綜上所述，控制焊接變形需要綜合考慮多種因素，采取多種措施相結合的方法。在實際焊接過程中，需要根據具體的焊接結構、焊接材料和焊接要求等因素，選擇合適的控制措施，并不斷優化和改進焊接工藝，以達到最佳的焊接效果。同時，隨著科技的不斷進步，新的焊接技術和控制方法也在不斷涌現，需要不斷學習和探索，以提高焊接質量和效率。

參考文獻

[1] 丁柏君，來文信，李煥東.多工位連接桿焊接機設計和工藝方法試驗[J].機械設計與制造，2023，386（4）：229-233，238.

[2] 南芳，柴俊發.焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響研究[J].中國金屬通報，2021（17）：233-236.

[3] 方乃文，黃瑞生，武鵬博，等.鈦合金窄間隙激光填絲焊接工藝及接頭組織性能分析[J].材料導報，2023，37（10）：186-193.

[4] 彭清和，顏文煅，張顏艷，等.熱處理對9Ni鋼焊接接頭組織和性能的影響[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2024，20（2）：91-96.

[5] 王耀偉.316L不銹鋼DP--TIG焊接工藝及接頭性能研究[D].銀川：寧夏大學，2022.

[6] 吳玄培.塑性變形及退火處理對304奧氏體不銹鋼氫脆敏感性影響研究[D]北京：中國礦業大學，2020.