鄧勇強(qiáng)

摘要：在焊接過(guò)程中，焊接材料、結(jié)構(gòu)和工藝三方面因素都可能造成焊接的變形。因此，要控制焊接過(guò)程中出現(xiàn)的變形，也必然要從這三個(gè)方面來(lái)制定措施。從設(shè)計(jì)和工藝兩方面進(jìn)行控制，可有效降低焊接變形的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：焊接變形影響因素控制措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（b）-0108-01

焊接變形是指鋼構(gòu)件在未受荷載前，由于施焊電弧高溫引起的變形，包括縮短、角度改變、彎曲變形等。焊接變形會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安裝的精度造成很大的影響，過(guò)大的變形甚至?xí)@著降低結(jié)構(gòu)的承載能力。因此在焊接過(guò)程中，必須通過(guò)一定的控制措施減低焊接變形的發(fā)生。由于焊接變形的發(fā)生主要是受焊接材料、結(jié)構(gòu)和工藝這三個(gè)因素的影響，所以通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)和工藝兩方面增加控制措施將有助于降低焊接變形的風(fēng)險(xiǎn)。本文將詳盡分析焊接變形的影響因素，并對(duì)焊接變形的控制措施進(jìn)行相關(guān)探討。

1焊接變形的影響因素

焊接變形的成因比較復(fù)雜，可以分為在焊接熱過(guò)程中發(fā)生的瞬態(tài)熱變形和在室溫條件下的殘余變形?？傮w來(lái)說(shuō)，材料、結(jié)構(gòu)和工藝的差異都有可能造成焊接變形。而只有通過(guò)分析其影響因素，掌握一定規(guī)律，才能進(jìn)一步采取相應(yīng)控制措施。

1.1 材料因素對(duì)焊接變形的影響

材料與焊接變形之間有著極為密切的關(guān)系，材料的熱物理性能參數(shù)與力學(xué)性能參數(shù)都會(huì)對(duì)焊接變形產(chǎn)生重要影響。熱物理性能參數(shù)的影響主要體現(xiàn)在熱傳導(dǎo)系數(shù)上面。簡(jiǎn)而言之，熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，焊接變形越顯著。而力學(xué)性能對(duì)焊接變形的影響就比較復(fù)雜。對(duì)于其中最為顯著的熱膨脹系數(shù)，如果這一系數(shù)越大，焊接變形的幅度也會(huì)相應(yīng)增加。與此同時(shí)，材料在高溫區(qū)的屈服極限、彈性模量以及其隨溫度的變化率也會(huì)起著重要作用。通常來(lái)說(shuō)，較高的屈服極限會(huì)引起較高的殘余應(yīng)力，因此焊接結(jié)構(gòu)所儲(chǔ)存的變形能也會(huì)相應(yīng)增加，造成脆性斷裂。

1.2 結(jié)構(gòu)因素對(duì)焊接變形的影響

在很多情況下，焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是造成焊接變形的因素。簡(jiǎn)而言之，焊接殘余應(yīng)力會(huì)隨著拘束度的增加而增加，從而使得焊接變形相應(yīng)減少。而焊接過(guò)程中所受到的拘束度不僅來(lái)自工件本身，而且還有外來(lái)的拘束影響。通常來(lái)說(shuō)，工件自身所起的拘束作用在焊接過(guò)程中占主導(dǎo)地位，因此在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的時(shí)候，常常需要采用加強(qiáng)版或筋板來(lái)提高結(jié)構(gòu)的剛性和穩(wěn)定性。然而這樣的做法一方面增加了裝配和焊接的工作量；另一方面使得某一區(qū)域的拘束度發(fā)生較大變化，使得對(duì)焊接變形的控制造成一定困難。因此，要減少焊接變形的發(fā)生，必須要在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)過(guò)程中針對(duì)筋板或加強(qiáng)板的位置、數(shù)量、厚度進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 工藝因素對(duì)焊接變形的影響

焊接工藝中的焊接手法、熱輸入量、構(gòu)件定位和夾具、構(gòu)件固定方式的應(yīng)用等方面都有可能造成焊接變形。而焊接順序是在各種工藝因素中對(duì)焊接變形影響最為顯著的一個(gè)。通常來(lái)說(shuō)，殘余應(yīng)力的分布和應(yīng)力狀態(tài)的改變可以通過(guò)焊接順序的改變來(lái)完成，進(jìn)而減少焊接變形的發(fā)生。與此同時(shí)，焊接工藝的參數(shù)也對(duì)焊接變形起著重要影響。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，如果利用特殊的工藝措施，能有效達(dá)到減小焊接變形、改善應(yīng)力分布的目的。

2焊接變形的控制措施綜議

通過(guò)上述的分析可以得知，焊接變形的影響因素集中在材料、結(jié)構(gòu)和工藝三個(gè)方面。因此，要控制焊接變形的發(fā)生，也應(yīng)該從這三個(gè)方面入手?？偟膩?lái)說(shuō)，焊接變形可以從設(shè)計(jì)和工藝兩方面的改進(jìn)來(lái)控制。設(shè)計(jì)和工藝是相輔相成的。

2.1 合理的設(shè)計(jì)措施

首先，省市和尺寸選擇上要正確恰當(dāng)。焊縫的大小直接關(guān)系到焊接工作量和變形程度。因?yàn)楹附幼兿嗟某潭葧?huì)隨著焊縫的擴(kuò)大而變大，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，確保結(jié)構(gòu)承載力的前提下減小焊縫。在確保像十字或者丁字這種受力大的接頭程度一樣的前提下，可以用開(kāi)破口焊縫代替一般角焊縫。在如今設(shè)計(jì)人員對(duì)焊接工序了解加深的條件下，已經(jīng)能做到在設(shè)計(jì)上避免以前的錯(cuò)誤傾向，理性地選擇焊縫尺寸與形式。

其次，設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮焊接工序，盡可能地減少不必要的焊縫。在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該合理地選擇筋板的形狀和安排筋板的位置，盡可能地減少焊縫數(shù)量，這樣能有效地減少焊接變形。

再次，設(shè)計(jì)人員要選取最合適的焊縫位置。在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員應(yīng)安排焊縫盡可能地對(duì)稱(chēng)于或者接近截面的中軸。采取這樣的方法能有效減少梁、柱類(lèi)結(jié)構(gòu)的撓曲變形。

2.2 完善的工藝措施

工藝措施是指在焊接構(gòu)件生產(chǎn)制造過(guò)程中所采取的一系列措施，分為焊前預(yù)防措施、焊接過(guò)程中的控制措施和焊后矯正措施。在復(fù)雜的實(shí)際焊接生產(chǎn)過(guò)程中，焊接的過(guò)程往往有更具體的劃分標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文所劃分的標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)焊接過(guò)程中的某一特定階段而言的。

（1）焊前預(yù)防措施：這主要包括預(yù)變形法、預(yù)拉伸法以及剛性固定組裝法。預(yù)變形法是指在工件安裝過(guò)程中通過(guò)預(yù)測(cè)的焊接變形大小以及方向所造成的與焊接殘余變形方向相反預(yù)變形量，由于焊接殘余變形抵消預(yù)變形量，使構(gòu)件回復(fù)到原本的設(shè)計(jì)要求。而預(yù)拉伸法大多數(shù)用在有預(yù)張力的薄板平面結(jié)構(gòu)件上。在焊接過(guò)后，使用去除預(yù)拉伸或加熱的方法使得薄板回復(fù)原始狀態(tài)，這樣能夠有效降低焊接殘余應(yīng)力，從而控制焊接變形。預(yù)熱的作用在于減少溫度梯度，從而降低殘余應(yīng)力。預(yù)熱溫度越高，鋼中的殘余應(yīng)力水平的降低幅度越大。而剛性固定組裝法則是采取夾具或剛性胎具將被焊構(gòu)件盡量固定，則能有效控制待焊構(gòu)件的彎曲變形和角變形。

（2）焊接過(guò)程控制措施：焊接過(guò)程中所采用的控制措施主要包括采用合理焊接方法以及焊接規(guī)范參數(shù)、選擇合理裝配焊接順序、采用隨焊兩側(cè)加熱、隨焊跟蹤激冷以及隨焊碾壓措施等。首先，通過(guò)規(guī)范參數(shù)和采取低線能量焊接法均能有效防止焊接變形的出現(xiàn)。其次，選擇合理的裝配焊接順序可以改變殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，在焊接工藝中尤其是多道焊中，對(duì)于控制焊接變形起著明顯作用。再次，采用隨焊兩側(cè)加熱、隨焊跟蹤激冷以及隨焊碾壓這些措施能夠有效減少焊接變形的發(fā)生。雖然在實(shí)際操作上，隨焊碾壓所需的設(shè)備非常復(fù)雜，造成使用不便。但是該方法在提高焊接接頭強(qiáng)度，矯正焊接變形方面具有非常理想的效果。

（3）焊后矯正措施：主要包括加熱矯正法與機(jī)械矯正法，這些措施屬于消極的事后補(bǔ)救措施，旨在發(fā)生焊接變形后盡可能減少或消除已發(fā)生的殘余變形。加熱矯正法包括整體加熱和局部加熱兩種，前者是將整體構(gòu)件加熱并使之溫度高于鍛造溫度再進(jìn)行矯正，可有效消除較明顯的形狀偏差。但因成本、技術(shù)等原因，前者在實(shí)際操作中很少被運(yùn)用。相反，局部加熱更為常見(jiàn)。而機(jī)械矯正法則是通過(guò)機(jī)械力或沖擊能進(jìn)行焊接變形的矯正，在實(shí)際操作中時(shí)有運(yùn)用。

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