焊接变形产生的因素和解决方法

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【摘 要】焊接变形在现代焊接工业过程中是一种常见的发生现象,对钢材材结构性能影响非常大,本文将分析焊接变形产生的因素,并采取很好的解决办法.

【关 键 词】焊接变形；影响因素；解决措施

0.前言

在现代工业技术水平高速发展中,钢材已经广泛应用于现代工业、建筑、运输等领域里,其焊接技术在这里面发挥了很重要的作用,并成为影响钢材结构性能的重要因素.在焊接过程中由于受到急剧的非平衡加热或冷却,如果操作不当,或是因为其他因素长期引起焊缝的产生,通常在这些焊缝处受到温度的影响,就会发生收缩现象,最终导致结构变形.焊接残余变形成为影响结构设计完整性、制造工艺合理性与结构使用可靠性的最至关重要的因素.当钢材变形量在一定的允许承受值内时,没有进行处理,假设变形量一旦超出这个承受范围,就需要对焊接变形处进行矫正,矫正的工作量会比开始允许承受值变形值内的工作量大,如果某些焊接变形的材料在矫正后往往会因为无法使用而废弃,或者能在正常使用,也会造成作业时间的增加.所以预防和控制焊接变形的发生,分析焊接变形产生的因素,解决存在的问题,才能有效的避免焊接变形的发生机率.

1.焊接变形发生的影响因素

焊接时通常采用集中热源局部高温加热,所以在焊件上就会造成不均匀的温度场,焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形,以及在室温条件下发生的残余变形.焊接结构件变形的因素非常多,包括：焊接参数（WPS文件参数）导致的变形、错边变形、母材的材质导致的变形、波浪变形、焊接方法不娴熟或者方法不正确导致的变形、填充材料导致的变形和焊接顺序不正确导致的变形等,接下来我们将分析影响焊接变形的发生因素.

1.1材料因素的影响

材料的影响是由自身的化学成分、组织状态以及力学性能等方面,都会对其焊接性有必然影响.如：铝和钛的化学性质很活泼,铝制品却很耐腐蚀,但是比较容易氧化和烧损,因此在焊接时,它们就比铁要困难得多.材料因素对焊接变形的影响通常会由两方面决定,一是焊接材料,包括焊条、焊剂、焊丝、金属粉末和气体等.二是材料的热物理性能参数与力学性能参数.物理性能参数的影响比较单一,受热传导系数上越小,温度梯度越大,焊接变形就会越明显.力学性能对焊接变形的影响相对非常复杂,会随着热膨胀系数的增加焊接变形就更加明显.同时材料随着弹性模量的不断增加,焊接变形相反而减少,并且较高的屈服极限会造成更高的残余应力,焊接结构存储的变形能量也会因此而增,并造成脆性断裂.此外,由于塑性应变较小且塑性区范围不大就会造成焊接变形得以减少.

1.2焊缝在结构中的位置影响

焊缝在焊接结构中的位置影响是显而易见的,结构在焊接变形过程中工件本身的拘束度是可以变化的,金属结构的刚性由结构的截面形状和尺寸的大小决定.自身为变拘束结构,随拘束度的增加,焊接残余应力增加,而焊接变形则相应减少.同时还受到外加拘束的影响,而最终还是受位置对称性的影响.例如：在焊件中性轴的一侧时,焊件在焊后将向焊缝一侧弯曲,同时焊缝距离中性轴距离增加,焊件就会更加容易发生弯曲变形.在整个焊接结构中,假设中性轴两侧焊缝的数目都不一样,且焊缝距中性轴的距离大小也都不一样,也非常容易引起结构的弯曲变形发生.

1.3焊接工艺对焊接变形的影响

焊接工艺对焊接变形的影响有收缩量因素,焊缝的纵向收缩量是随着焊缝长度的增大而增大；间断焊缝比连续焊缝的收缩量小.同时焊接方法、构件的定位或固定方法、焊接输入电流电压量、焊接胎架及夹具的应用、焊接顺序等对焊接变形都有影响.而影响最大的是焊接顺序,通常情况下,改变焊接顺序往往能够改变残余应力的分布和应力状态,减少焊接变形等发生.多层焊和焊接工艺参数也对焊接变形影响非常大.

2.焊接变形的解决措施

2.1改进焊接结构设计

焊接尺寸对焊接变形有着明显的影响,焊缝尺寸大会影响焊接量大,同时还对焊接变形也影响大,所以在保证结构的承载能力的条件下,设计时应尽量采用较小的焊缝尺寸.同时还需要避免焊缝的不均匀布置与集中分布,设计焊接结构时,使焊缝对称于截面中性轴,或者是使焊缝接近中性轴,效果是对梁、柱等类型结构的挠曲变形减少有好的作用.同时为了保证结构具有足够的承载能力,需要减少不必要的焊缝,采用压型结构代替肋板结构,满足较小焊缝的尺寸需求,可以有效防止薄板结构变形,达到控制焊接变形发生.

2.2提高焊接工艺方法

在焊接构件生产制造过程中,选择合理的焊接方法和规范,焊前,需要预防变形、预拉伸法和刚性固定组装法.反变形法事先估计好焊件焊接变形大小和方向,在待焊工件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量（反变形量）,焊后焊接残余变形抵消了预变形量,使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸.刚性固定组装法是采用夹具或刚性胎具将被焊构件尽可能地固定,提前对焊件加以固定,提高结构刚性来限制焊接变形,可有效地控制待焊构件的角变形与弯曲变形等.预拉伸法多用于薄板平面构件,在薄板有预张力或有预先热膨胀量的情况下焊接.焊后,去除预拉伸或加热,薄板恢复初始状态,可有效地降低焊接残余应力,控制焊接变形.

2.3做好焊后矫正工作

当构件焊接后,焊接结构不可避免地要产生焊接变形,只能通过矫正焊接变形措施来减小或消除已发生的残余变形.矫正焊接变形有机械校正法、火焰校正法.采用机械校正法校正前要分析焊缝应力的方向,并找准应力点,以采取适当的方法操作.采用火焰校正法认真分析变形发生状况,并制定矫正工作方法,才能确定加热位置及矫正步骤.同时还需要对材料性质的认真了解,然后决定加热温度达到,目的是使易受温度影响的材料能够有效避免在性能上产生变化,对构件产生影响.在矫正薄板时,对受热温度的影响区窄,在锤击时尽量要用木锤,才能很好的达到矫正的效果.[科]

【参考文献】

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