劉勛　張書海

摘 要：焊接是一個(gè)極其不平衡的冷卻以及加熱過(guò)程，在這一過(guò)程中，焊接部件的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生焊接殘余形變，這種形變是無(wú)法避免的。并且其將影響到設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)完整性，并對(duì)制造工藝和結(jié)構(gòu)使用的合理性、穩(wěn)定性造成不利影響。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在焊接中所遇到的技術(shù)難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)，文章著重對(duì)焊接形變的相關(guān)影響原因以及對(duì)形變控制的方式進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：控制；焊接變形；措施；影響因素

1 影響因素

根據(jù)焊接過(guò)程中受到熱力作用而發(fā)生的形變不同可以將焊接形變分為瞬態(tài)熱變形以及殘余變形兩種。

焊接變形會(huì)受到多種因素的影響，但歸納起來(lái)主要受到了工藝、結(jié)構(gòu)以及材料的影響。

1.1 工藝影響

焊接變形受到工藝的影響較多，例如焊接電壓量、焊接方法以及構(gòu)件定位、固定方式和焊接胎架、順序、夾具等都會(huì)對(duì)焊接形變?cè)斐奢^大的影響。在各種工藝影響中，對(duì)于變形影響較為明顯的即焊接順序，焊接順序會(huì)對(duì)焊接的殘余形變和應(yīng)力分布造成直接影響，從而通過(guò)焊接順序改變的方式能夠有效降低焊接的變形量。另外，多層焊對(duì)于焊接變形的影響也十分巨大，焊接工作人員在實(shí)際的操作中通過(guò)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，利用一些特殊的工藝規(guī)范以及措施，盡可能的對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行降低，并減少了焊接的變形，通過(guò)有效改善應(yīng)力分布狀態(tài)達(dá)到預(yù)期目的。

1.2 結(jié)構(gòu)影響

焊接變形中最關(guān)鍵的影響因素即焊接結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是最復(fù)雜的影響因素。其對(duì)焊接變形的影響主要隨著拘束度的改變而改變，由于拘束度變化，焊接處的焊接應(yīng)力也會(huì)隨之改變，因而會(huì)對(duì)焊接變形造成影響，若是拘束度增加則焊接變形會(huì)減少。另外焊接的過(guò)程中，工件拘束度會(huì)發(fā)生變化，其自身的結(jié)構(gòu)為變拘束結(jié)構(gòu)，同時(shí)還會(huì)受到外界的拘束影響。但是在焊接中，一般情況下自身的作用占據(jù)主導(dǎo)，并且結(jié)構(gòu)自身會(huì)在焊接時(shí)發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，變化越大，在對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要通過(guò)加強(qiáng)板以及筋板等結(jié)構(gòu)對(duì)剛性和穩(wěn)定性進(jìn)行增加，當(dāng)發(fā)生較大的拘束度變化時(shí)，對(duì)分析控制焊接變形工作帶來(lái)了較大的難度。所以需要適當(dāng)?shù)膬?yōu)化鈑金以及結(jié)構(gòu)板的厚度、位置和數(shù)量，在焊接變形的控制和降低中具有重要意義。

1.3 材料影響

材料影響不僅僅是說(shuō)焊接材料的影響，在焊接過(guò)程中母材也會(huì)對(duì)焊接變形造成一定的影響，焊接形變會(huì)對(duì)材料的物理參數(shù)、力學(xué)性能以及熱物理參數(shù)等都會(huì)對(duì)其造成影響。而在焊接變形中力學(xué)性能的影響較為復(fù)雜，會(huì)從多角度多方面對(duì)結(jié)果造成影響，其中膨脹系數(shù)對(duì)于變形的影響較為顯著，越大的熱膨脹系數(shù)會(huì)產(chǎn)生越大的變形。同時(shí)，溫度的變化率越大在材料的高溫區(qū)其彈性模量、屈服極限也會(huì)隨著改變，一般而言，形變量會(huì)隨著彈性模量的增大而減小，但是材料屈服極限越高焊接后其殘余應(yīng)力便會(huì)越大，極易造成脆性斷裂。另外，過(guò)小的塑性形變會(huì)使得焊接變形量相對(duì)降低，塑形區(qū)的減小也會(huì)降低焊接變形。

2 控制

2.1 設(shè)計(jì)控制

2.1.1 尺寸形式的合理選擇。焊接尺寸直接關(guān)系到焊接工作量和焊接變形的大小。焊縫尺寸大，不但焊接量大，而且焊接變形也大，因此，在保證結(jié)構(gòu)承載能力的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸。對(duì)于受力較大的丁字接頭和十字接頭，在保證相同的強(qiáng)度條件下，采用開坡口的焊縫可以比一般角焊縫減少焊縫金屬，對(duì)減小變形有利。

2.1.2 焊縫的數(shù)量控制。在進(jìn)行焊接設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)中需要適用的筋板應(yīng)當(dāng)進(jìn)行合理的選擇，將筋板放置在合理適當(dāng)?shù)牟课?，用以降低焊縫的數(shù)量，不需要進(jìn)行焊接的地方盡量避免進(jìn)行焊接，一次降低形變。

2.1.3 焊縫位置的控制。在對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際時(shí)，應(yīng)當(dāng)將焊縫設(shè)計(jì)為截面中性軸的對(duì)稱位置，或者盡可能的和中性軸接近，如此能夠有效減少撓曲變形。

2.2 工藝控制

從工藝上進(jìn)行控制主要指構(gòu)件在生產(chǎn)時(shí)，能夠通過(guò)采用一系列的有效手段，在焊接之前進(jìn)行變形的預(yù)防，并在焊接過(guò)程中予以重視，并在焊接后通過(guò)一些工藝調(diào)整進(jìn)行控制。

2.2.1 預(yù)防措施。該種方式又被稱作反變形法，主要是根據(jù)焊接變形的方向以及大小，在裝配工件的過(guò)程中，將焊接的殘余形變相反的形變予以應(yīng)用，即反變形量，同焊后的殘余形變相互抵消，以此令工件恢復(fù)到原有應(yīng)當(dāng)達(dá)到的設(shè)計(jì)尺寸以及需要的幾何形狀。

在薄板平面構(gòu)件中，預(yù)拉伸法應(yīng)用較為廣泛，大多都在有預(yù)先膨脹量的狀況或者在板材有預(yù)張力的狀態(tài)下才予以應(yīng)用。在焊接之后，進(jìn)行加熱或者去除拉伸，使得薄板恢復(fù)到原有狀態(tài)，能夠有效的去除或者降低殘余應(yīng)力，對(duì)形變予以有效的控制。

通過(guò)夾具或者采用剛性胎具進(jìn)行固定組裝的方式，被稱作剛性組裝法，能夠有效的對(duì)焊件進(jìn)行固定，控制角變形以及構(gòu)件的彎曲變形。

2.2.2 焊接過(guò)程中的變形控制。在焊接過(guò)程中的控制主要可以通過(guò)焊接方式的合理選擇以及焊接參數(shù)和焊接順序的科學(xué)確定進(jìn)行，通過(guò)隨焊兩側(cè)加熱、跟蹤激冷以及碾壓等措施有效控制變形量。在焊接方法的選擇中，需要選擇線能量較低的方式，對(duì)焊接規(guī)范參數(shù)進(jìn)行有效合理的參數(shù)控制，對(duì)焊接變形進(jìn)行有效的預(yù)防。通過(guò)上述方式可以對(duì)殘余應(yīng)力以及焊接變形進(jìn)行有效的降低和減少。而兩側(cè)加熱的隨焊方式能夠使得最大剪切應(yīng)變以及橫縱向的應(yīng)變分布更加均勻，變化更為平緩，從而對(duì)焊接的參與應(yīng)力以及形變作用進(jìn)行影響。而碾壓的方式則需要考慮到設(shè)備以及適用的便捷度問(wèn)題，因此一般的生產(chǎn)中該種方式不能得到廣泛的推廣，但是在焊接形變的控制上，隨焊碾壓的方式效果是最為理想的。而最后的激冷法，在減少變形以及降低殘余應(yīng)力方面的效果也較為理想。

在焊接變形以及殘余應(yīng)力的改變中焊接順序的影響最大，通過(guò)焊接順序的不同，使用的工藝方式也會(huì)有所變化，殘余的焊接應(yīng)力的分布也會(huì)發(fā)生改變，應(yīng)力的降低幅度整體來(lái)說(shuō)變化較大，而對(duì)于焊接變形的控制上，作用較大，其中多道焊接的方式對(duì)于焊接變形的作用更加顯著。

2.2.3 變形矯正。在完成焊接之后，通過(guò)適當(dāng)?shù)某C正措施能夠?qū)σ呀?jīng)出現(xiàn)的形變進(jìn)行針對(duì)性的消除以及矯正，根據(jù)應(yīng)用的方式差異，可以將焊接厚度矯正分為加熱方式矯正以及機(jī)械方式矯正兩種措置。而加熱矯正又可以分為局部加熱矯正以及整體加熱矯正兩種方式。

局部加熱矯正的方式主要利用火焰對(duì)元件的局部予以加熱，由于高溫作用，材料本身的感性制約會(huì)對(duì)其熱膨脹進(jìn)行約束，從而會(huì)在局部產(chǎn)生壓縮塑性形變，在降溫冷卻過(guò)程中發(fā)生收縮，從而抵消了由于焊接而造成的伸長(zhǎng)變形，用以矯正。

而整體的加熱矯正方式則是對(duì)構(gòu)件的整體進(jìn)行加熱，通過(guò)加熱到鍛造溫度對(duì)構(gòu)件進(jìn)行整體性的矯正，該方式能夠?qū)^大的形變進(jìn)行消除。但是該方式在矯正后會(huì)發(fā)生冶金副作用，所以在應(yīng)用上受到了限制。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析，發(fā)現(xiàn)，焊接變形的影響會(huì)受到內(nèi)部和外部因素的多重影響，控制焊接變形的方式需要建立在對(duì)該種因素了解的基礎(chǔ)之上，并從工藝上進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，減少焊后殘余應(yīng)力，并對(duì)焊接變形進(jìn)行消除，以減少由此帶來(lái)的一些隱患。

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