淺談焊接過(guò)程中的變形成因及對(duì)策

黃繼祥

中圖分類號(hào)：TG441.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-0992(2009)10-081-01

在工業(yè)生產(chǎn)中，焊接作業(yè)特別是手工業(yè)電弧作業(yè)作為制造、修理的一種重要的工藝方法得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。同時(shí)，由于手工電弧焊自身的焊接特點(diǎn)必然引起其焊接變形較大，如不對(duì)其變形的原因進(jìn)行分析并針對(duì)其成因提出有效對(duì)策，必將給生產(chǎn)帶來(lái)極大的危害。

焊接接頭包括焊縫和熱影響區(qū)兩部分金屬。焊縫金屬是由熔池中的液態(tài)金屬迅速冷卻、凝固結(jié)晶而成，其中心點(diǎn)溫度可達(dá)2500℃-1500℃之間。

金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部由于焊接時(shí)不均勻的加熱和冷卻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫焊接應(yīng)力。由于焊接應(yīng)力造成的變形叫焊接變形。

在焊接過(guò)程中，不均勻的加熱，使得焊縫及其附近的溫度很高，而遠(yuǎn)處打部分金屬不受熱，其溫度還是室內(nèi)溫度。在這樣，不受熱的冷金屬部分便阻礙了焊縫及近縫區(qū)金屬的膨脹和收縮；因而冷卻后，焊縫就產(chǎn)生了不同程度的收縮和內(nèi)應(yīng)力，就造成了焊接結(jié)構(gòu)的各種變形。金屬內(nèi)部焊接應(yīng)力與變相的根本原因。

在焊接過(guò)程中焊件將發(fā)生變形，隨著變形的產(chǎn)生，焊件內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生了變化，而焊完并冷卻后所留下的變形和應(yīng)力不是暫時(shí)的而是殘余的，通常焊件的殘余變形和應(yīng)力是同時(shí)存在的，但在一般焊接結(jié)構(gòu)中殘余變形的危害性比殘余應(yīng)力大得多，它使焊件或部件的尺寸改變而無(wú)法組裝，使整個(gè)構(gòu)建喪失穩(wěn)定而不能承受載荷，使產(chǎn)品質(zhì)量大大下降，而校正卻要消耗大量的經(jīng)歷和物力，有時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。同時(shí)焊接裂縫的產(chǎn)生往往也和焊接殘余變形和應(yīng)力有著密切的關(guān)系，有的金屬由于焊后產(chǎn)生了殘余應(yīng)力而使得使用性能大大下降，從而對(duì)這類金屬的焊接件產(chǎn)生造成工藝上的大量困難，因此，在制造焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，必須充分了解焊接時(shí)應(yīng)力發(fā)生的機(jī)理和焊后決定工件變形的基本規(guī)律，以控制和減少它的危害性。

(一)影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素有：

1.焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置；

2.結(jié)構(gòu)剛性的大小；

3.裝配和焊接順序；

4.焊接規(guī)范的選擇。

(二)焊接變形的種類有：

1.縱向收縮和橫向收縮：在焊接長(zhǎng)度方向上的收縮稱縱向收縮，而在垂直于焊縫縱向的收縮稱橫向收縮。由于這種收縮，便使焊件發(fā)生了變形。

2.角變形；

3.彎曲變形；

4.波浪變形；

5.扭曲變形。

(三)、從焊接工藝上分析，影響焊縫收縮量的因素有：

用手工電弧焊接長(zhǎng)焊縫時(shí)，一般采用焊前沿焊縫進(jìn)行點(diǎn)固焊。這不僅有利于減小焊接變形，也有利于減小焊接內(nèi)應(yīng)力。

焊接工藝中影響焊縫收縮量的因素有：

1.線膨脹系數(shù)大的金屬材料，其變形比線膨脹系數(shù)小的金屬材料大；

2.焊縫的縱向收縮量隨著焊縫長(zhǎng)度的增加而增加；

3.角焊縫的橫向收縮比對(duì)接焊縫的橫向收縮??；

4.間斷焊縫比連續(xù)焊縫的收縮量?。?/p>

5.多層焊接時(shí)，第一層引起的收縮量最大，以后各層逐漸減??；

6.在夾具固定條件下的焊接收縮量比沒有夾具固定的焊接收縮量小，約減少40％-50％；

7.焊腳等于平板厚度的丁字接頭，角變形量較大。

通過(guò)以上分析，我們基本了解了焊接變形的原因及變形的種類，針對(duì)焊接變形的原因和種類從焊接工藝上進(jìn)行改進(jìn)，可以有效防止和減少焊接變形所帶來(lái)的危害。下面，我們主要介紹幾種常見的防止焊接變形的方法。

1.反變形法：在焊前進(jìn)行裝配時(shí)，預(yù)置反方向的變形量為抵消焊接變形，這在生產(chǎn)實(shí)踐中是行之有效的好辦法，一箱形梁，由于焊縫不對(duì)稱，焊后產(chǎn)生下繞彎曲變形。解決辦法是由兩人或四人，對(duì)稱地先焊只有兩條焊縫一側(cè)，焊縫造成了上拱變形。由于這兩條焊縫后增加了箱形梁的剛性，當(dāng)焊接另一側(cè)的兩條焊縫時(shí)，有許多結(jié)構(gòu)截面形狀對(duì)稱，焊縫布置也對(duì)稱，但焊后卻發(fā)生彎曲或扭曲的變形，這主要是裝配和焊接順序不合理引起的，也就是各條焊縫引起的變形，未能相互抵消，于是發(fā)生變形。焊接順序是影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素之一，安排焊接順序時(shí)應(yīng)注意下列原則：

(1)盡量采用對(duì)稱焊接。對(duì)于具有對(duì)稱焊縫的工作，最好由成對(duì)的焊工對(duì)稱進(jìn)行焊接，這樣可以使由各焊縫所引起的變形互相抵消一部分。

(2)對(duì)某些焊縫布置不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)先焊縫少的一側(cè)。

(3)依據(jù)不同焊接順序的特點(diǎn)，以焊接程序控制焊接變形量，常見的焊接順序有五種，即：a、分段退焊法：這種方法特別適用于各種空間的位置的焊接，除立焊外，鋼材較厚、焊縫較長(zhǎng)時(shí)候時(shí)間都可以設(shè)擋弧板，多人同時(shí)焊接，其有點(diǎn)是可以減小熱影響區(qū)，避免變形。b、分中分段退焊法：這種方法適用于中板或較薄的鋼板的焊接，他的有點(diǎn)是中間散熱快，縮小焊縫兩端的溫度差。焊縫熱影響區(qū)的溫度不至于急劇增高，減少或避免熱膨脹變形。這種方法特別適用于平焊和仰焊，衡焊一般不采用，立焊根本不能用。c、跳焊法：這種方法除立焊外，平焊、衡焊、仰焊三種方法都適用，多用在6-12mm厚鋼板的長(zhǎng)焊縫和鑄鐵、不銹鋼、銅的焊接上，可以分散焊縫熱量，避免或減小變形。d、交替焊法：這種焊法和跳焊法基本相同，只是每段焊接距離拉長(zhǎng)，特別適用于薄板和長(zhǎng)焊縫。e、分中對(duì)稱法：這種方法適用于焊縫較短的焊件，為了減小變形，由中心分兩端一次焊完。

3.剛性固定法：剛性固定法減小變形很有效，且焊接時(shí)不必過(guò)分考慮焊接順序。缺點(diǎn)是有些大件不一固定，且焊后撤除固定后，焊件還有少許變形和較大的殘余應(yīng)力。這種方法適用于焊接厚度小于6mm及韌性較好的薄壁材料。如果與反變形法配合使用則效果更好。對(duì)于形狀復(fù)雜，尺寸不大，又是成批生產(chǎn)的焊件，可設(shè)計(jì)一個(gè)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的專用焊接胎具，既可以防止變形，又能提高生產(chǎn)率。

當(dāng)工作較大，數(shù)量又不多時(shí)，可在容易發(fā)生變形的部位臨時(shí)焊上一些支撐或拉桿，增加工件的剛性，也能有效的減少焊接變形。

4.散熱法：散熱法又稱強(qiáng)迫冷卻法，即將焊接處的熱量速度散走，使焊縫附近的金屬受熱面大大減少，達(dá)到減小焊接變形的目的。常用于表面推焊和焊補(bǔ)。用紫銅作散熱墊，有的還鉆孔通冷卻水，這些墊板越靠近焊縫效果越好。但散熱法比較麻煩。

5.錘擊焊縫法：錘擊焊縫法，即用圓頭小錘對(duì)焊縫敲擊，可減少焊接變形和應(yīng)力。因此對(duì)焊縫適當(dāng)鍛延，使其伸長(zhǎng)來(lái)補(bǔ)償這個(gè)縮短，就能減小變形和應(yīng)力。

鋼架焊接的關(guān)鍵問題，是如何保證強(qiáng)度和防止變形。從工藝上保證強(qiáng)度適應(yīng)載荷的變化，其變形量不致影響安裝和使用的要求，因此：

1.焊接的高度和長(zhǎng)度，要按圖施工。裝配誤差要小，坡口要清理干凈。

2.鋼架的焊接一般先焊腹桿與節(jié)點(diǎn)板之間的焊縫，然后再焊上、下弦與節(jié)點(diǎn)板之間焊縫，焊接順序不應(yīng)集中。