一种不锈钢薄板异形构件的焊接变形控制研究及应用

摘 要：对薄板焊接件主要焊接结构进行焊接试验，分析了其焊接变形规律，设计了焊接工装，结合大间隔跳焊工艺，制作了产品模拟件，验证了工装及工艺的可行性，并将该制造方法应用于实际产品制造中。

关键词：不锈钢薄板；异形构件；焊接变形；焊接工装

中图分类号：TG404 文献标识码：B

国内某核电设备上一组件中的构件采用3mm厚ASTM TP304不锈钢薄板拼焊而成。该构件焊接结构比较复杂，既有连续坡口焊缝又有断续角焊缝，涉及到多个零件之间组对和装配。该构件是一种异形构件，难以采用诸如反变形方法来抵消焊后的变形，使得焊接变形控制起来难度更大，且一旦变形，矫形非常困难。

目前对焊接应力变形的控制以及焊后应力消除甚至低应力无变形研究较多，比如预拉伸法、静动态温差拉伸法、随焊锤击法、随焊冲击碾压法、随焊旋转挤压法和振动法等，这些方法能在一定程度上减小应力和变形，但是都不能够解决本结构的所有变形问题。因而，对该部件焊接变形进行分析研究，确定可靠的焊接变形控制方法显得尤为重要。

1 产品介绍

整个组件由8个构件装配而成（如图1所示）。所有构件均为不锈钢薄板焊接结构，零件尺寸公差多为±1.5mm，构件间装配间隙要求为1.6mm，构件到中心组装精度为0，+3.2mm，要想满足这些要求，每个构件的制造精度就需要更加精密。本文述及的异形构件的结构形式及典型焊接焊接节点如图2所示，构件高度为1420mm，是采用3mm厚A240 TP304L不锈钢薄板制造。焊接接头外侧为坡口焊缝，内侧焊缝为断续角焊缝。

2 变形趋势分析

不锈钢相对碳钢导热系数小，线膨胀系数大，焊接时变形较大，薄板的焊接变形就更为复杂。通过理论分析，构成构件主要结构的角形结构会发生图3所示的焊接变形，即焊缝纵向收缩引起的棱边弯曲及棱边长度缩短；焊缝横向收缩引起的α1和α2的改变，使得α1和α2减小或增大，且α1≠α2等。这些变形综合反应到构件上，将使构件的变形有诸多的不确定性。

3 焊接试验及结果分析

3.1 焊接方法的选择

对于3.0mm奥氏体不锈钢薄板的焊接，比较适合的焊接方法有钨极氩弧焊、焊条电弧焊、等离子弧焊、激光焊、电子束焊等。综合考虑产品结构特点，设计要求、操作难易程度以及投资成本情况，确定选择手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊。

3.2 小尺寸试件焊接

结语

4.1 不锈钢热系数小，线膨胀系数大，焊接时变形较大，对于精度要求高的薄板焊接件的焊接变形不采取有效的措施进行控制难以保证尺寸精度。

4.2 采用适宜的焊接工装，结合大间隔跳焊工艺可以将焊接变形控制在较小的范围内。

4.3 目前已采用上述方法成功地制造了8件产品，尺寸精度完全满足设计要求。

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