焊接结构件焊接变形的控制

焊接结构件焊接变形的控制

任健  ,张利涛

中车青岛四方机车车辆有限公司股份  山东省  青岛市  266000

摘要：焊接是通过加热或加压的方式，将两个工件的原子进行结合，使工件连接到一起的一种加工艺。焊接在人们的生产生活中应用较为广泛，无论对于金属物质还是非金属物质都可应用。内应力指的是物体在没有收到外力的情况下，自身存在的应力，它在物体内部自相平衡，也就是说，物体内部的应力相加为零；而焊接应力指的是在焊接过程中，焊件内存在的应力；焊接变形指的是在进行焊接时，由于焊件受热不均匀或温度场不均匀导致焊件发生形变。基于此，本文将对焊接结构件焊接变形的控制对策进行分析。

关键词：焊接变形；机械制造；措施

1焊接变形的机理

在众多的焊接方法当中，电弧焊由于设备轻便，搬运灵活，适合于钢结构的施工作业等特点，成为主要的焊接方法。电弧焊就是在钢构件连接处，借助电弧放电所产生的高温，将置于焊缝部位的焊条或焊丝金属熔化，同时将工件的表面熔化，形成焊接熔池，将两块分离的金属熔合在一起，从而获得牢固接头的焊接方法。在施焊过程中，焊件会发生变形，这种变形是暂时性的。当焊接完毕以后，构件完全冷却，会有一部分变形残留下来，形成焊接变形。焊接变形的实质取决于两个方面，一是焊缝区的熔融焊缝金属在冷却凝固收缩时产生了变形，导致构件发生纵向、横向或者角变形；二是焊缝区以外的焊件区域。由于熔融焊缝金属会将高温传递到焊件上，在焊件上形成热影响区，焊件在被加热和随后冷却的过程中产生变形，这种变形是一种单纯的热变形，如果焊件的热变形受到本身的刚度限制，就会引起焊件的变形。

2焊接变形产生的影响

首先，对静载荷的影响。在焊接构件中，当纵向拉伸的残余应力较高时，可以拉近某些材料的屈服强度。当受到外在工作应力时，同方向的应力会进行相互叠加，就会使该区域发生变形，导致工件不能继续承载外力，使焊接构件的有效承载面积减少。其次，对刚度的影响。在焊接构件中，如果内应力方向与外载荷方向是一致的，当受到外载荷作用时，焊接工件的刚度就会下降。并且焊接工件所发生的变形在卸载之后是无法进行恢复的。最后，对杆件压稳定性的影响。由于焊接的残余应力均匀的分布在工件内部，因此，在焊接构件的截面上会同时有压应力和拉应力。当焊接构架承受外载荷时，外加的应力与焊接件截面上的压应力进行叠加，会使焊接构架压应力区先达到屈服强度，导致焊接构件减少承载能力。

3焊接结构件焊接变形的控制对策

3.1从源头进行控制，做好预防工作

焊接变形具有一定必然性，只要进行焊接便会产生变形和应力。基于此，要想将变形控制在理想范围内，就应从根源进行把控，即合理设置焊接结构，选择合适的焊接工件，减少焊缝的出现。比如，通过选用型钢、锻件以及冲压件替换焊接件。此外，还应重视对相关筋板、肋板的形状、数量以及位置进行合理优化，避免出现过多的焊缝和变形，导致校正的工作量增大。其次，应重视焊接尺寸的设计。我们都知道，焊缝的宽度和深度直接影响着变形度，其宽度越宽、深度越深，在经过受热和冷却后将会发生变形越严重。因此，在保证产品性能达到相关标准的情况下尽量将焊缝的数量和尺寸控制到最低，在设计时尽可能选择焊脚及坡口尺寸较小的，对于焊缝的横截面积和熔敷金属量也应控制到最小，这样才能减少焊接变形量。最后，重视焊缝位置的合理设计。众所周知，焊缝的横向收缩量相较于纵向收缩量来说较大，所以在设计时应结合焊缝的这一性质，使焊缝布置尽量与要求焊接的变形量的最小方向保持平行，保证其与焊件的截面中心线或轴线成对称关系，严格避免设计曲线结构的现象，这样才能有效减少梁、柱等主要支撑结构发生变形的现象，保证建筑的质量。

3.2焊接方法必须合理

在机械生产制造过程中，对焊接件进行焊接时选择正确的焊接方法是非常重要的。倘若我们根据焊接结构件的实际情况，所选择的焊接方式是线能量较低的，就可以实现大幅度地减少焊接区塑性压缩区，同时在焊接过程中还可以对焊接结构件的焊接变形进行有效的控制。现阶段，在焊接工艺中，能够有效降低焊接变形量的工艺有无极氩弧焊、手工电焊弧以及二氧化碳气体保护焊等方法。因此，在对焊接结构件进行焊接时，如果在工艺上以上三种方法可以实现焊接需求，那么可以通过该方法有效控制焊接结构件焊接变形。

3.3从过程进行控制，保证焊接工艺

焊接工艺对焊接变形有着举足轻重的影响。把握好焊接工艺，采取一系列改进措施是保证焊接质量的必经之路。在实际操作中，应严格按照焊接程序进行，这样才能有效控制焊接变形和内应力，提高焊接质量。这就要求在进行焊接的过程中，做好各项关于焊接的准备工作：首先，可以采用反变形方式，在进行焊接工作时，通过人为改变焊接的变形量大小、方向，形成变形量相近，方向相反的预变形量，再通过焊后收缩使预变形量消失，进而使焊接件的形状和尺寸达到需求标准。这种方式主要应用在对机械设备外壳的焊接工程上，可以有效防止外壳塌陷；其次，可以采用预拉伸方式，采用相关的机械设备将焊件进行拉伸、延长，然后在通过张紧的钢板对构件进行焊接，完成后再将预拉伸部位去除，让钢板回到最初状态；另外，还可以采用刚性固定法，即利用夹具或刚性胎具固定住被焊工件，进而使焊接残余应力降低，控制变形。但是刚性固定法会导致焊接接头中的焊接应力大大增加，所以在容易裂开的材料中不建议使用这种方式；最后，对于不同的工件结构选用合适的焊接方式。对于焊缝位置和构面对称的焊接结构，首先将其进行整体装配，然后在依照焊接顺序开展工作，反之，则采用分焊的方式，之后再将其组合焊接到一起，控制变形。此外，还应结合实际情况，合理的采用焊接方法、工艺参数以及焊接顺序，依照先短后长的焊接方式进行焊缝焊接，尽量采用多层焊的焊接方式，对焊接残余应力和焊接变形起到一定控制作用。

3.4焊接变形的火焰矫正法

在构件变形的凸起处进行局部加热，钢结构由于热胀冷缩的物理性能，会产生一定的膨胀变形。当加热结束，钢结构冷却收缩，收缩后的长度比加热前有所缩短，从而达到了矫正变形的目的。在使用火焰矫正法时，需要合理确定加热范围、加热温度和深度。加热温度通常为500~800℃，火焰矫正时加热温度太低，矫正效果不明显；如果加热温度过高，会导致金属变脆，并降低冲击韧性，容易放生脆断。火焰加热的范围有点状、线状和三角形3种。其中，点状加热法适用于多数结构的矫正，可根据不同情况加热一点或数点。焊件较厚，则加热点的直径要大，焊件较薄，加热点直径要小一些。线状加热适用于矫正变形量大及刚性大的焊接结构。三角形加热适用于厚度大、附性强的构件。加热深度一般控制在钢板厚度的40％以下。

4结束语

综上所述，在机械制造业进行日常的焊接工作时，影响焊接结构将发生变形的因素很多，而焊接结构架变形也是众多因素共同作用的结果。因此，在焊接环境合适的情况下，适当地调整焊接规范和焊接工艺可以减少焊接结构件的变形量。其次，焊接作业人员也要在不断的作业实践中总结经验，不断地对焊接工艺进行完善和优化，使我国制造工业的装焊技术和焊接工艺的水平再上一个新台阶，为机械工业企业带来给好的经济效益和发展空间，促进我国机械工业的发展。

参考文献：

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