劉浪浪 高金良 任雁 馮和永

摘要： 隨著國(guó)內(nèi)焊接技術(shù)與水平的不斷提高，焊接技術(shù)已應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，尤其在工業(yè)發(fā)展中占有重要的位置。焊接質(zhì)量的高低不僅決定焊接構(gòu)件的性能和可靠性，而且體現(xiàn)著焊接水平的成熟度。即使國(guó)內(nèi)焊接水平發(fā)展到一定的高度，但進(jìn)行金屬焊接時(shí)，如焊中和焊后，某一環(huán)節(jié)把握不好，容易出現(xiàn)焊接構(gòu)件變形、應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等問(wèn)題。該文就出現(xiàn)焊接變形的相關(guān)問(wèn)題，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)的焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)其原因進(jìn)行分析，指出焊接變形帶來(lái)的負(fù)面影響，描述對(duì)于控制焊接變形的幾種有效手段，并結(jié)合當(dāng)下焊接技術(shù)的發(fā)展，對(duì)有效控制焊接變形及優(yōu)化焊接過(guò)程給出建議。對(duì)該文提出的相關(guān)的焊接變形內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，指出當(dāng)下焊接發(fā)展的趨勢(shì)，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，展望未來(lái)的焊接技術(shù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 金屬焊接； 殘余應(yīng)力； 焊接變形； 焊接工藝

中圖分類號(hào)： TG 404

Research progress on controlling welding deformation of metal

Liu Langlang， Gao Jinliang， Ren Yan， Feng Heyong

（Beijing North Vehicle Group Co.， Ltd.， Beijing 100072， China）

Abstract： With continuous improvement of domestic welding technology and level， welding technology has been applied to many fields， especially occupies an important position in? industrial development. The level of welding quality not only determines performance and reliability of welding components， but also reflects maturity of welding level. Even if? domestic welding level has developed to a certain height， when metal welding is carried out， such as during welding and after welding， a certain link is not well grasped， and problems such as deformation of welded components， stress concentration， and stress corrosion cracking are easy to occur. In this paper， causes of welding deformation by referring to? current development status of welding technology at home and abroad was analyzed， negative impact of welding deformation was pointed out， several effective means to control welding deformation were described， and suggestions on effective control of welding deformation and optimization of welding process were given in combination with? development of current welding technology. The related welding deformation content in this paper was summarized，? current development trend of welding was pointed out， and? future development of welding technology combined with practical production and application was prospected.

Key words： metal welding; residual stress; welding deformation; welding technology

0 前言

航空航天、飛機(jī)船舶、軍工、汽車行業(yè)、微電子行業(yè)等的制造離不開(kāi)焊接技術(shù)，隨著各領(lǐng)域的快速發(fā)展，焊接技術(shù)也得到了質(zhì)的飛躍[1]ADDINEN.CITENishikawa200339393917Nishikawa，WAICHIWeldinginternationalWeldinginternational699-70517920030950-7116。中國(guó)從傳統(tǒng)的手工焊和示教機(jī)器人焊正向自動(dòng)化、智能化焊接快速轉(zhuǎn)變，通過(guò)人才培養(yǎng)與技術(shù)革新，逐步由焊接大國(guó)向焊接強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。

目前，螺柱焊、氣體保護(hù)焊、電子束焊、等離子焊、激光焊等在中國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，并取得不錯(cuò)的成績(jī)[2]ADDINEN.CITE李張鵬202140404017李張鵬王鐵東邱海鵬建筑技術(shù)建筑技術(shù)35272021。如螺柱焊由于速度快、可靠、操作簡(jiǎn)便及無(wú)孔連接等優(yōu)點(diǎn)，逐漸替代了汽車制造中的鉚接、攻螺紋、鉆孔等連接技術(shù)，廣泛地應(yīng)用在汽車車身的焊接工藝中[3]ADDINEN.CITE張曉樂(lè)202210101017張曉樂(lè)李峰陳英汽車實(shí)用技術(shù)汽車實(shí)用技術(shù)133-1384720

133

2022；中船黃埔文沖船舶有限公司在螺柱焊接工藝調(diào)整到位后，成功完成了首制船2層甲板共2 600多顆不銹鋼螺柱的安裝和焊接，比使用傳統(tǒng)焊接方法預(yù)期工期減少36天[4]ADDINEN.CITE333017劉桑彭紅英許斌廣東造船廣東造船91-9341520225。上海船舶工藝研究所與英國(guó)焊接工藝研究所合作，研究引進(jìn)了A-TIG 焊的新型活性焊劑，污染小，對(duì)于厚度小于8 mm的船體鋼板，在不開(kāi)坡口的前提下，焊縫成形良好，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到《材料與焊接規(guī)范》的要求[5]ADDINEN.CITE666017佚名軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品142012。楊薇等學(xué)者[6]ADDINEN.CITE楊薇201288817楊薇康文軍航空制造技術(shù)航空制造技術(shù)64-7082012采用YZGH4169材質(zhì)分體鍛造、電子束拼焊的工藝實(shí)現(xiàn)某燃?xì)廨啓C(jī)后軸頸的生產(chǎn)，接頭的各項(xiàng)力學(xué)性能均滿足使用要求。在激光焊接領(lǐng)域，胡海連等學(xué)者[7]ADDINEN.CITE胡連海201199917胡連海黃堅(jiān)倪慧峰吳毅雄中國(guó)激光中國(guó)激光1-63832011采用CO2激光-MAG復(fù)合焊接工藝對(duì)14 mm厚10Ni3CrMoV鋼T形接頭進(jìn)行連續(xù)全熔透焊接試驗(yàn)，角焊縫未出現(xiàn)焊透、裂紋等缺陷，其焊縫質(zhì)量滿足船用要求。

在應(yīng)用焊接技術(shù)進(jìn)行金屬構(gòu)件接合過(guò)程中，由于焊接熱影響區(qū)造成的焊縫殘余應(yīng)力，使金屬存在變形的傾向，如果不加以控制，往往在焊后成形和裝配過(guò)程存在較大的尺寸變化，使其偏離初始設(shè)計(jì)尺寸[8]ADDINEN.CITELi202242424217Li，LiangfengLuo，ChengShen，JieZhang，YansongJournalofManufacturingProcessesJournalofManufacturingProcesses860-8738020221526-6125。尤其當(dāng)某一產(chǎn)品存在焊縫數(shù)量多，總長(zhǎng)度大和焊接方式多樣性等客觀條件下，焊縫殘余應(yīng)力存在疊加現(xiàn)象，其焊接變形的控制難度也隨之增加，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響，對(duì)于保證或提高焊接產(chǎn)品尺寸的精度和高質(zhì)量制造是一種極大的挑戰(zhàn)。所以，在焊接技術(shù)不斷的發(fā)展中，如何有效控制焊接變形和降低焊縫殘余應(yīng)力，也體現(xiàn)著一個(gè)國(guó)家整體焊接水平的強(qiáng)弱。

1 影響焊接變形的因素

1.1 宏觀角度分析

根據(jù)熱脹冷縮原理，焊接過(guò)程中金屬熔液的快速冷卻，造成結(jié)晶過(guò)程中焊縫的收縮變形，焊縫的收縮率與需接合金屬固體穩(wěn)定性之間的差異性，在焊縫收縮作用下，接合金屬會(huì)沿焊縫收縮方向變化[9]ADDINEN.CITE羅曄202141414117羅曄魏麗華金屬加工：熱加工金屬加工：熱加工5-100000112021。這種由熱輸入和冷卻過(guò)程中的循環(huán)，造成的不均勻熱膨脹和收縮，造成焊接變形的產(chǎn)生[10]ADDINEN.CITEDeng200814141417Deng，DeanMurakawa，HidekazuComputationalMaterialsScienceComputationalMaterialsScience591-6074342008。隨焊縫增加，其值增大，如果不同位置焊縫存在差異（如熔深、熔寬、余高等），焊縫收縮率不同，接合金屬的跟隨焊縫變形方向不一。同時(shí)隨著多條多方向焊縫疊加，使金屬的形變更為復(fù)雜，與原始的設(shè)計(jì)大相徑庭。

1.2 微觀角度分析

從微觀角度看，焊接產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫使焊絲或結(jié)合金屬熔化，盡管熔化后金屬原子呈近程有序排練，與固體原子間隙差別不大，但熔化的原子獲得高的能量而獲得較高熵值，遠(yuǎn)距離原子趨于無(wú)序運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的空位使熔液體積大于固態(tài)體積[11]ADDINEN.CITEWang202233333317Wang，HongzhangChen，SenZhu，XiyuYuan，BoSun，XuyangZhang，JieYang，XiaohuWei，YenLiu，JingMatterMatter2054-20855720222590-2393。在快速冷卻結(jié)晶過(guò)程中，原子有序排列至固態(tài)，原子間隙降低。在熱影響區(qū)內(nèi)存在溫度的持續(xù)變化和梯度分布，這種金屬原子狀態(tài)的變化受周邊未發(fā)生明顯體積變化的固態(tài)金屬限制，使熔池金屬熔化和冷卻過(guò)程中受到壓縮塑性應(yīng)變與拉伸塑性應(yīng)變，導(dǎo)致固有應(yīng)變的產(chǎn)生。同時(shí)，受熱輸入的影響和熔池溫度的快速變化、溫度不均勻使得熔池快速冷卻時(shí)，微觀組織的形成存在不均勻和差異性也是焊接殘余應(yīng)力的形成因素之一。

1.3 固有應(yīng)變的影響

在焊接過(guò)程中，金屬熔液在冷卻結(jié)晶過(guò)程中，金屬內(nèi)部存在的不同類型的應(yīng)變，共同影響焊后的變形。Murakawa等學(xué)者[12]ADDINEN.CITEWang201611111117Wang，JiangchaoYuan，HuaMa，NinshuMurakawa，HidekazuMarineStructuresMarineStructures42-5947may2016認(rèn)為固有應(yīng)變由彈性應(yīng)變、塑性應(yīng)變、蠕變應(yīng)變和相變的影響組成。其中，由于原子鍵在金屬冷卻結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的拉伸和收縮及晶格畸變會(huì)導(dǎo)致彈性應(yīng)變，但這些原因產(chǎn)生的彈性應(yīng)變對(duì)于整體應(yīng)變的作用相對(duì)較小[13-14]ADDINEN.CITELandau19591212126Landau，LDLifshitz，EM1959PergamonPress201513131317Xiao，F(xiàn)Fukuda，TKakeshita，TPhilosophicalMagazinePhilosophicalMagazine1390-139895122015；當(dāng)金屬內(nèi)部存在位錯(cuò)滑移、晶格缺陷等因素時(shí)，金屬內(nèi)部產(chǎn)生蠕變應(yīng)變，焊接的持續(xù)熱輸入可作為其應(yīng)變激活能；由于金屬在冷卻過(guò)程中的形核長(zhǎng)大情況不同，其產(chǎn)生的組織不均勻而容易引起相變應(yīng)力；而在焊接過(guò)程中，由于金屬內(nèi)部的缺陷和位錯(cuò)的塞積，使得塑性應(yīng)變導(dǎo)致的焊接變形占比最大。但可將金屬存在的以上幾種應(yīng)變之和作為對(duì)焊接變形的影響。

基于以上分析，焊接變形歸結(jié)為由溫度場(chǎng)的變化在焊縫處形成的熱影響區(qū)，致使焊接過(guò)程中焊縫存在內(nèi)應(yīng)力，焊接結(jié)束后，內(nèi)應(yīng)力變成殘余應(yīng)力。如果焊接時(shí)的內(nèi)應(yīng)力或焊后殘余應(yīng)力達(dá)到金屬的屈服點(diǎn)，將會(huì)出現(xiàn)焊接變形。

2 焊接殘余應(yīng)力的影響

雖然焊接可以實(shí)現(xiàn)金屬間的快速連接，應(yīng)用廣泛，但焊后殘余應(yīng)力帶來(lái)的負(fù)面影響同樣不容忽視。由焊接帶來(lái)的殘余應(yīng)力，不僅可以導(dǎo)致焊接變形，且影響整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。殘余應(yīng)力的不確定性引起的焊接變形及性能的非線性變化，使得金屬結(jié)構(gòu)的焊接成本增加，尤其是大型金屬構(gòu)件的焊接。

2.1 焊接殘余應(yīng)力對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的性能影響

大型焊接金屬結(jié)構(gòu)，如船體架構(gòu)、大型管道、復(fù)雜性鋼結(jié)構(gòu)等，需要接合的金屬焊縫不僅數(shù)量大，還存在焊縫寬、厚度大等特點(diǎn)。焊接周期長(zhǎng)，焊接過(guò)程復(fù)雜多變，控制和降低焊接帶來(lái)的殘余應(yīng)力非常困難，且應(yīng)力去除的工作量大，使得殘余應(yīng)力不僅長(zhǎng)期存在于金屬內(nèi)部，如果殘余應(yīng)力過(guò)于集中或焊接結(jié)構(gòu)在服役期間出現(xiàn)的應(yīng)力集中，都將降低結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，影響焊接結(jié)構(gòu)的服役年限[15]ADDINEN.CITEMcgregor201016161617Mcgregor，R.JRogge，R.BCanadianJournalofPhysicsCanadianJournalofPhysics759-77088102010。

殘余應(yīng)力在平面焊縫主要有縱向和橫向分布，而曲面焊縫主要有徑向、切向和軸向分布。同一金屬結(jié)構(gòu)中，不同位置的焊縫引起的殘余應(yīng)力產(chǎn)生的疊加效應(yīng)，使其焊接制造過(guò)程中，出現(xiàn)的應(yīng)力集中越來(lái)越來(lái)嚴(yán)重，如果不采取有效措施，容易產(chǎn)生脆性斷裂、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、屈服值降低等現(xiàn)象[16-17]。

2.2 焊接殘余應(yīng)力對(duì)裝配精度的影響

以簡(jiǎn)單金屬板材的焊接為例，焊接殘余應(yīng)力引發(fā)的塑性變形的類型有縱向收縮、橫向收縮、縱向彎曲、橫向彎曲、旋轉(zhuǎn)變形和屈曲變形等，如圖1所示。即使焊接過(guò)程中采用加強(qiáng)筋或筋板控制變形，一旦焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫數(shù)量和種類多（如立焊縫、角焊縫、平焊縫、仰焊縫等）ADDINEN.CITE.DATA[18-20]，最終焊接成形可能出現(xiàn)比較嚴(yán)重的焊接變形，結(jié)構(gòu)的成形尺寸和設(shè)計(jì)尺寸產(chǎn)生較大偏差，對(duì)于后期的部件裝配帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。

如大型船體和特種車輛，其制造過(guò)程多采用焊接的形式進(jìn)行內(nèi)外部承重結(jié)構(gòu)的制造，前期的焊接精度極大影響后期零部件的焊接和裝配。這類焊接往往面對(duì)的板材厚度較高、焊接所需的坡口形式不一和焊接對(duì)象的多樣性，常常需要人工焊接和自動(dòng)焊接相配合，焊縫的焊接質(zhì)量不一。過(guò)程中采用的防變形控制（如：加強(qiáng)筋、筋板、定位工裝等）可以有效控制焊接過(guò)程中的塑性變形，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，多焊縫在船身或車體縱橫交錯(cuò)，其自身產(chǎn)生的應(yīng)力集中，極易導(dǎo)致焊后的變形，即使某處產(chǎn)生輕微變形，局部放大后，將影響各種部件的裝配精度，或?qū)?dǎo)致返工返修，增加生產(chǎn)周期和制造成本。

3 控制焊接變形的方式

為了更好提高焊縫質(zhì)量，穩(wěn)定焊接結(jié)構(gòu)的尺寸，優(yōu)化焊接工藝，國(guó)內(nèi)外對(duì)于焊接變形的控制方法主要有剛性固定法、反變形法、錘擊焊縫法、調(diào)整焊接順序、優(yōu)化焊接方式等[22-23]ADDINEN.CITE張洪哲200919191917張洪哲田輝鵬企業(yè)科技與發(fā)展企業(yè)科技與發(fā)展47-4822009Yang202137373717Yang，YPWeldingJournalWeldingJournal193-20510062021。

3.1 剛性固定法

目前，應(yīng)用較為廣泛的是采用剛性固定法抑制焊接變形。在進(jìn)行不同形狀和不同類型焊接時(shí)，以剛性工裝（如槽鋼點(diǎn)焊、筋板焊、夾具固定、多孔平臺(tái)等）輔助增加焊接金屬的剛度，使其在焊接應(yīng)力下保持固定不變。彭昌永等學(xué)者[24]ADDINEN.CITE彭昌永201320202017彭昌永范如源郭鵬機(jī)械機(jī)械52-554032013對(duì)調(diào)質(zhì)態(tài)30CrMnSiA支架進(jìn)行等強(qiáng)度的焊接時(shí)，通過(guò)工裝固定，有效控制了焊接變形。剛性固定法應(yīng)用廣泛，在焊接時(shí)，其固定位置多通過(guò)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行固定金屬控制變形。如果焊接工件體積大，不易控制，或者焊接空間狹小時(shí)，以經(jīng)驗(yàn)為準(zhǔn)的剛性固定法含有一定的盲目性，容易忽略應(yīng)力集中點(diǎn)，或者控制過(guò)渡，不利于焊接工作的開(kāi)展。而程珂等學(xué)者[25]ADDINEN.CITE程珂202221212117程珂李軍王聰青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)37-434322022結(jié)合有限元分析，根據(jù)模擬變形的最佳位置，對(duì)其進(jìn)行剛性固定焊接，將焊接產(chǎn)生的塑性變形控制在較小的范圍。

3.2 反變形法

反變形法是通過(guò)模擬或經(jīng)驗(yàn)，預(yù)算焊接變形的方向和大小，然后在焊接前對(duì)焊接件進(jìn)行反方向的變形并控制大小，已獲得焊接變形的補(bǔ)償。張凱等學(xué)者[26]ADDINEN.CITE張凱201722222217張凱李培勇畢洪坤宋林江蘇船舶江蘇船舶8-213432017在熱彈塑性有限元分析的基礎(chǔ)上，對(duì)焊接過(guò)程的應(yīng)力變化進(jìn)行數(shù)值模擬以預(yù)測(cè)焊接變形量，采用反變形法預(yù)制了焊接變形的補(bǔ)償量，獲得了平整度較好的焊接構(gòu)件。劉雨生等學(xué)者[27]ADDINEN.CITE劉雨生201524242417劉雨生李萍田健薛克敏宋健焊接學(xué)報(bào)17-2236122015在熱-機(jī)耦合熱彈塑性有限元理論基礎(chǔ)上，利用MARC有限元對(duì)連接桿的焊接變形進(jìn)行數(shù)值模擬，并依據(jù)模擬數(shù)值設(shè)計(jì)反變形工裝，成功將焊接變形量降低82.4%。周振雷[28]ADDINEN.CITE周振雷201525252532周振雷2015燕山大學(xué)則根據(jù)固有應(yīng)變和平板焊接變形能之間的關(guān)系，引入修正系數(shù)，推導(dǎo)出的變形關(guān)系式，以SYSWELD軟件模擬了T形接頭構(gòu)件在反變形量施加前后的焊接變形模擬數(shù)值，結(jié)果表明：按反變形量的模擬值進(jìn)行實(shí)際控制，可以有效降低焊接變形。

3.3 錘擊焊接法

錘擊焊接法是一種相對(duì)傳統(tǒng)且簡(jiǎn)單有效的緩解應(yīng)力的方法。焊接板材時(shí)，對(duì)焊縫錘擊產(chǎn)生的塑性變形補(bǔ)焊接中產(chǎn)生的收縮變形，采用錘擊焊縫法還可以有效降低殘余應(yīng)力，可以達(dá)到控制焊接變形的目的。核電站大型鋼結(jié)構(gòu)的拼接過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力，由于無(wú)法通過(guò)熱處理去除，常會(huì)采用錘擊法進(jìn)行應(yīng)力消除[29]ADDINEN.CITE楊偉光201323232317楊偉光劉奇威電焊機(jī)電焊機(jī)73-7543122013。

3.4 調(diào)整焊接順序

不同的焊接順序?qū)附託堄嗪妥冃斡兄鴺O大影響。在進(jìn)行裝配焊時(shí)，焊接部件有薄有厚，焊縫有寬有窄，焊接形式有平焊、角焊、立焊、縱焊、橫焊。如果焊接順序隨意而紊亂，必然導(dǎo)致后期的一系列問(wèn)題，如：殘余應(yīng)力過(guò)大、變形嚴(yán)重、焊接干涉導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)一步焊接、零部件裝配焊誤差極大，甚至直接導(dǎo)致開(kāi)裂等問(wèn)題[30]ADDINEN.CITE段宏艷201928282817段宏艷金鈺百科論壇電子雜志百科論壇電子雜志436132019。所以，在進(jìn)行焊接前，應(yīng)合理設(shè)計(jì)焊接順序，優(yōu)化焊接工藝，以求焊接結(jié)構(gòu)的合理性，追求焊接殘余應(yīng)力最小化。

李余江等學(xué)者[31]ADDINEN.CITE李余江202227272717李余江周治軍王明峰鄧仕廷李文耀焊接技術(shù)焊接技術(shù)147-1505182022研究了動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組焊接變形的控制，如圖2所示，將組焊工裝、反變形控制、熱輸入和焊接順和方向等五個(gè)方面進(jìn)行綜合控制，不僅降低焊接變形量，且有效降低焊接殘余應(yīng)力，提升轉(zhuǎn)向架的抗疲勞性能。宋坤林等學(xué)者[32]ADDINEN.CITE宋坤林202129292917宋坤林展旭和徐良楊海鋒崔輝焊接焊接42-48122021采用3D高斯+雙橢球熱源模型預(yù)測(cè)某高速列車8 m側(cè)墻部件的焊接，結(jié)果表明：優(yōu)化焊接順序可以將側(cè)墻厚方向的焊接變形降低約13%，并與實(shí)測(cè)值之間的誤差小于1 mm。Fu等學(xué)者[33]ADDINEN.CITEFu201630303017Fu，GuangmingLourenco，MarceloIgorDuan，MenglanEstefen，SegenFMarineStructuresMarineStructures30-5546Mar.2016基于ABAQUSDE三維數(shù)值模擬對(duì)T形接頭進(jìn)行研究，將模擬結(jié)果與調(diào)整的焊接順序進(jìn)行比對(duì)分析，結(jié)果表明：雙面焊接和漸近焊接對(duì)焊接變形和應(yīng)力集中的影響最小。

3.5 優(yōu)化焊接方式

隨著焊接學(xué)科的不斷發(fā)展，焊接方法逐漸多樣化，如常見(jiàn)的焊條電弧焊、熔化極/非熔化極氣體保護(hù)焊、等離子焊、摩擦焊、激光焊、電子束焊等。不同的焊接方式由于熱輸入的差異，使得不僅焊接殘余應(yīng)力不同，且力學(xué)性能、微觀組織也有很大區(qū)別。邵玲等學(xué)者[34]ADDINEN.CITE邵玲201931313117邵玲崔恩紅中國(guó)材料進(jìn)展中國(guó)材料進(jìn)展286-2903832019分別用脈沖TIG，A-TIG和超音頻脈沖TIG焊接Ti-22Al-25Nb合金，結(jié)果顯示：采用不同焊接方法對(duì)Ti-22Al-25Nb合金進(jìn)行焊接后，其接頭的缺陷、抗拉強(qiáng)度和顯微硬度都有明顯差異。再如不同的焊接方法（擴(kuò)散焊、攪拌摩擦焊、激光焊、電子束焊）焊接高熵合金后，原子擴(kuò)散方式、晶粒大小、硬度和抗拉強(qiáng)度等都存在明顯差異[35]ADDINEN.CITEZhang202132323217Zhang，YaliJiang，XiaosongFang，YanFang，YongjianSong，TingfengMaterialsTodayCommunicationsMaterialsTodayCommunications10250332021。

焊接方式主要根據(jù)所需構(gòu)件的力學(xué)性能及可達(dá)性進(jìn)行選取，為降低焊接變形量，常使用活性助焊劑（金屬氧化物、氟化物、氯化物等[36]ADDINEN.CITEHowse200038383817Howse，DSLucas，WScienceTechnologyofweldingjoiningScienceTechnologyofweldingjoining189-1935320001362-1718）以減小焊縫熔透寬度，或提高焊接熱輸入的能量密度，降低熱影響區(qū)寬度，或通過(guò)不同焊接方式相結(jié)合的形式（如激光-電弧復(fù)合焊），進(jìn)行復(fù)合焊接，以達(dá)到高質(zhì)量、低殘余應(yīng)力的目的。

相比于焊接變形控制方法，優(yōu)化焊接方式依然存在很大研究和發(fā)展空間，其多維度的控制，不斷有利于對(duì)焊接變形和焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行調(diào)控，根據(jù)實(shí)際需要實(shí)施有效的焊接，且有利于在焊接領(lǐng)域的技術(shù)開(kāi)拓，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的焊接發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）焊接過(guò)程中持續(xù)的熱輸入導(dǎo)致接合處的熔化金屬在冷卻結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷及過(guò)冷度持續(xù)變化造成的晶格畸變，導(dǎo)致接合處的金屬內(nèi)部位錯(cuò)增殖、塞積，致使熱影響區(qū)出現(xiàn)焊后殘余應(yīng)力，使焊接金屬構(gòu)件存在變形傾向。

（2）當(dāng)金屬焊接構(gòu)件中的焊縫數(shù)量較大且分布復(fù)雜時(shí)，焊后殘余應(yīng)力的累積或疊加易導(dǎo)致局部的應(yīng)力集中，影響金屬構(gòu)件的焊縫力學(xué)性能，降低產(chǎn)品服役年限。

（3）焊后殘余應(yīng)力影響著焊后構(gòu)件的尺寸精度，焊接變形不僅降低裝配焊接精度，不利于后續(xù)焊接構(gòu)件零部件的裝配，且容易導(dǎo)致產(chǎn)品整體返修，增加生產(chǎn)周期和制造成本。

（4）為有效控制焊接變形，從焊前、焊中和焊后三個(gè)階段及焊接需求進(jìn)行考量，應(yīng)當(dāng)結(jié)合數(shù)值模擬，從單一方面的控制逐漸向焊接過(guò)程的多因素相結(jié)合，對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行綜合控制，有效降低焊接變形量，焊接質(zhì)量明顯提高。

（5）在國(guó)內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域中，很大比例的生產(chǎn)、制造和研發(fā)與焊接技術(shù)相交互。例如，在面對(duì)復(fù)雜構(gòu)件（如大型車體、船體、飛機(jī)機(jī)身等）上，為實(shí)現(xiàn)性能的持續(xù)優(yōu)化和突破，常常需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理化與高質(zhì)量焊接技術(shù)相配合。焊接作為生產(chǎn)制造的必備手段，要緊跟其步伐，不斷追尋新的突破。對(duì)于焊接技術(shù)涉及的多種影響因素，還需進(jìn)一步深入研究，充分利用數(shù)值模擬和科學(xué)分析，在現(xiàn)有焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程的綜合管控，提升焊接質(zhì)量。在發(fā)展中，通過(guò)不斷的努力探索和研究，打造一個(gè)焊接強(qiáng)國(guó)。

參考文獻(xiàn)

［1］ Nishikawa W. The principle and application field of stud welding [J]. Welding International， 2003， 17（9）： 699-705.

[2] 李張鵬， 王鐵東， 邱海鵬. 螺柱焊工藝在全鋼結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)隔墻體系建造中的應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù)， 2021， 52（7）： 851-853.

[3] 張曉樂(lè)， 李峰， 陳英. 車身鋁螺柱焊質(zhì)量研究與應(yīng)用[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)， 2022， 47（20）： 133-138.

[4] 劉桑， 彭紅英， 許斌. 螺柱焊在船舶甲板除冰加熱電纜安裝中的應(yīng)用[J]. 廣東造船， 2022， 41（5）： 91-93.

[5] 上海船舶工藝所. 上海船舶工藝所“活性焊劑研制技術(shù)”項(xiàng)目獲獎(jiǎng)[J]. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品， 2012， （4）： 1.

[6] 楊薇， 康文軍. 某燃?xì)廨啓C(jī)高壓壓氣機(jī)后軸頸電子束焊接[J]. 航空制造技術(shù)， 2012（8）： 64-70.

[7] 胡連海， 黃堅(jiān)， 倪慧峰， 等. 10Ni3CrMoV鋼T型接頭CO2激光復(fù)合焊工藝與組織[J]. 中國(guó)激光， 2011， 38（3）： 1-6.

[8] Li Liangfeng， Luo Cheng， Shen Jie， et al. Numerical prediction of welding deformation in ship block subassemblies via the inhomogeneous inherent strain method [J]. Journal of Manufacturing Processes， 2022， 80： 860-873.

[9] 羅曄， 魏麗華. 激光和TIG焊接304L奧氏體不銹鋼力學(xué)性能的比較研究[J]. 金屬加工：熱加工， 2021（11）： 5-10.

[10] Deng D， Murakawa H. FEM prediction of buckling distortion induced by welding in thin plate panel structures [J]. Computational Materials Science， 2008， 43（4）： 591-607.

[11] Wang Hongzhang， Chen Sen， Zhu Xiyu， et al. Phase transition science and engineering of gallium-based liquid metal [J]. Matter， 2022， 5： 2054-2085.

[12] Wang Jiangchao， Yuan Hua， Ma Ninshu， et al. Recent research on welding distortion prediction in thin plate fabrication by means of elastic FE computation [J]. Marine Structures， 2016， 47： 42-59.

[13] Landau L D， Lifshitz E M. Theory of elasticity [M]. Oxford， UK： Pergamon Press， 1959.

[14] Xiao F， Fukuda T， Kakeshita T. Critical point of martensitic transformation under stress in an Fe-31.2Pd （at.%） shape memory alloy [J]. Philosophical Magazine， 2015， 95（12）： 1390-1398.

[15] Mcgregor R J， Rogge R B. Residual stress characterization of a fabrication weld from the VICTORIA-class submarine pressure hull： revealing the Unseen Special issue on Neutron Scattering in Canada [J]. Canadian Journal of Physics， 2010， 88（10）： 759-770.

[16] 馮俊. 基于試驗(yàn)的海工用大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力數(shù)值模擬[D]. 江蘇 鎮(zhèn)江： 江蘇科技大學(xué)， 2015.

[17] 劉振華， 陳章蘭， 高博. 焊接殘余應(yīng)力對(duì)船體結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的影響分析[J]. 焊接， 2015（9）： 25-29.

[18] Uemura T， Gotoh K， Uchino I. Expansion of laser-arc hybrid welding to horizontal and vertical-up welding [J]. Welding in the World， 2022， 66（3）： 495-506.

[19] Tian Limin， Li Muhan， Li Lei， et al. Novel joint for improving the collapse resistance of steel frame structures in column-loss scenarios [J]. Thin-Walled Structures， 2023， 182： 110219.

[20] Sejani D， Li W， Patel V. Stationary shoulder friction stir welding-low heat input joining technique： a review in comparison with conventional FSW and bobbin tool FSW [J]. Critical Reviews in Solid State Materials Sciences， 2022， 47（6）： 865-914.

[21] Wang J， Rashed S， Murakawa H. Mechanism investigation of welding induced buckling using inherent deformation method [J]. Thin-Walled Structures， 2014， 80： 103-119.

[22] 張洪哲， 田輝鵬. 焊接應(yīng)力和變形的控制方法[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展， 2009（2）： 47-48.

[23] Yang Y. Recent advances in the prediction of weld residual stress and distortion—Part 2 [J]. Welding Journal， 2021， 100（6）： 193s-205s.

[24] 彭昌永， 范如源， 郭鵬. 調(diào)質(zhì)態(tài)30CrMnSiA支架的等強(qiáng)度焊接及變形控制研究[J]. 機(jī)械， 2013， 40（3）： 52-55.

[25] 程珂， 李軍， 王聰. 剛性固定法焊接工字形鋼梁的焊接變形控制[J]. 青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2022， 43（2）： 37-43.

[26] 張凱， 李培勇， 畢洪坤， 等. 基于塑性反變形法的角焊縫焊接變形控制研究[J]. 江蘇船舶， 2017， 34（3）： 8-21.

[27] 劉雨生， 李萍， 田健， 等. 基于彈性反變形法的連接桿焊接變形控制 [J]. 焊接學(xué)報(bào)， 2015， 36（12）： 17-22.

[28] 周振雷. T形構(gòu)件焊接反變形控制量的研究 [D]. 河北 秦皇島： 燕山大學(xué)， 2015.

[29] 楊偉光， 劉奇威. 核電站大型鋼結(jié)構(gòu)焊縫錘擊法消應(yīng)力[J]. 電焊機(jī)， 2013， 43（12）： 73-75.

[30] 段宏艷， 金鈺. 探討焊接工藝順序?qū)嚿碣|(zhì)量的影響 [J]. 百科論壇電子雜志， 2019（13）： 436.

[31] 李余江， 周治軍， 王明峰， 等. 動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組焊變形控制方法[J]. 焊接技術(shù)， 2022， 51（8）： 147-150.

[32] 宋坤林， 展旭和， 徐良， 等. 基于固有應(yīng)變法的激光復(fù)合焊車體側(cè)墻焊接變形數(shù)值模擬[J]. 焊接， 2021（12）： 42-48.

[33] Fu G， Loureno M I， Duan M， et al. Influence of the welding sequence on residual stress and distortion of fillet welded structures [J]. Marine Structures， 2016， 46： 30-55.

[34] 邵玲， 崔恩紅. 不同焊接方法焊接Ti-22Al-25Nb合金[J]. 中國(guó)材料進(jìn)展， 2019， 38（3）： 286-290.

[35] Zhang Yali， Jiang Xiaosong， Fang Yan， et al. Research and development of welding methods and welding mechanism of high-entropy alloys： a review [J]. Materials Today Communications， 2021， 28： 102503.

[36] Howse D， Lucas W. Investigation into arc constriction by active fluxes for tungsten inert gas welding [J]. Science Technology of welding joining， 2000， 5（3）： 189-193.