浅谈焊接中的变形原因及控制措施

时间:2022-07-12 11:49:16

浅谈焊接中的变形原因及控制措施

摘要:随着煤矿企业的不断发展,越来越多的地方要用到焊接技术。煤矿机械设备加工和制作、设备的焊接维修、煤矿支护用焊接网等都离不开焊接工艺技术。传统的焊接技术从效率和质量上来说,已经远远不能满足现代焊接的需求。因此,如何采取措施减小焊接过程中的变形问题具有重要的现实意义。本文将对焊接中的变形原因以及控制措施进行论述。

关键词:钢结构;焊接;变形原因;控制措施

中图分类号:TG404

引言

煤矿企业的迅速发展使得更多的地方需要用到焊接技术。不仅煤矿机械设备出现故障时需要进行焊接维修,在建设煤矿支护时也少不了要进行焊接,同时还有其他需要用到钢结构的设备也需要进行钢体焊接。焊接技术的广泛应用使得人们对于焊接过程中出现的变形问题也增加了关注。焊接过程中由于急剧的非平衡加热及冷却,钢结构将不可避免的产生变形。而焊接结构的变形势必会对整个工程的质量产生影响。因此,施工人员要掌握先进的焊接技术,避免焊接过程中出现焊件结构变形的情况。本文将从焊接中发生形变的原因以及控制措施两方面进行论述。

一、 焊接发生形变的原因及影响因素

1.1焊接性变的原因

焊接形变可以分为在焊接过程中发生的瞬间形变和焊接残余形变。造成焊接发生形变的原因有很多,本文对此进行了简单的归纳,主要表现在焊接应力、缩边和金属组织的变化三个方面。

(1)焊接应力

所谓焊接应力指的是金属内部由于焊接时不均匀的加热和冷却所产生的内应力。在进行焊接时,由于局部高温加热造成焊件表面的温度分布不均匀。在对其进行持续加热的过程中,只要有一部分达到焊件的熔点温度,就会造成可塑性的性变形。一般情况下,完成整个焊接过程后所留下的变形很弱应力不是暂时的而是残余的。通常焊接过程中焊件的残余形变和焊接应力是同时存在的,但是相对来说焊接残余变形的危害要大得多。因为参与变形使得焊件的规格发生不可恢复的改变,而使得焊件无法按照原标准进行组装,进而使整个结构丧失稳定性而不能承受负载,降低产品的质量。

(2)缩边

在焊接金属时,当它由液态转换为固态时,焊件的体积是要收缩的。由于焊接金属与母材是紧密联系的,因此,焊接金属并不能自由收缩,这将引起整个焊件的形变,同时在焊缝中引起残余应力。参与的应力另一方方面也会对焊件的结构产生影响。

(3)金属组织的变化

一般在对焊接的母材进行持性的局部续加热的过程中,金属内部的组织状态也会随之而发生相应的变化并且部分金属将会融化,金属内部的阴阳离子键将会产生断裂。当金属重新进行冷却后,由于其不能随意的进行收缩而恢复成原来的形状,因此也会产生焊接应力形变。

1.2焊接变形的影响因素

影响焊接的因素主要有:焊缝在结构中的位置;结构刚性的大小;装配和焊接的顺序;焊接规范的选择等。

二、 预防焊接发生形变的控制措施

焊接形变和各种参数(包括结构参数、材料参数等)、焊接工艺有着密切的关系。因此,要想控制焊接过程中发生变形也应该从这些方面着手。

1、 合理的焊接方向和顺序

通过合理的焊接方向可以有效的控制焊接形变,通常采用的是逆向分段退焊法,即对同一条或同一直线的若干条焊缝采用自中间向两侧分段退焊的方法。采用这样的焊接方向可以避免从焊件一端向另外一端焊接高温加热的部分时间间隔过长,致使焊件温度分布不均而产生残余变形。

合理的安排焊接顺序时要注意:①尽量采用对称的焊接方式。对于具有对称焊缝的工作,在进行焊接的时候最好派两个焊接工人同时进行焊接,这样的好处在于可以使得部分焊接应力相互抵消。②对于焊缝分布并不对称的结构,在进行焊接的时候应该尽量先将焊缝少的一端焊接完成。③根据焊件的特点选取不同的焊接顺序。例如,跳焊法除立焊外,平焊、衡焊、仰焊三种方法均使用,并且特别适用于钢板厚度在6-12mm的长焊缝上,这样的焊接顺序可以将焊接过程中焊缝的热量分散开来,不至于因为焊缝处温度过高而产生变形的现象。而对于分中分段退焊法则比较适用于较薄的钢板的焊接。因为钢板较薄,所以其中间位置的散热速度较快,可以有效的降低焊缝两端的温度差。

2、冷焊法

冷焊法是通过减少焊件受热来减小焊件部位与结构上其他部位间的温度差。冷焊法是焊前不对工件进行预热,或预热温度不超过300℃。常用纯镍焊条 或者是镍基焊条电弧焊进行铸铁冷焊。采用冷焊法的时候应注意铸铁焊接处的表面应保持干净,对于油污、厚的油脂等已经深深渗入铸铁内部的,要用乙炔焊枪清除;必须仔细除去任何缺陷,对于厚度较大的工件,焊接处必须先开好U-型坡口;裂纹处两端应先钻出φ5mm的止裂孔,防止裂纹扩展;焊接电流越小越好,只要能顺利的施焊,焊缝与母材熔合牢固即可;焊接时须用短弧操作,焊缝不宜太宽;以焊条直径的2倍为宜,或以窄焊道运条,每次焊缝的长度不宜超过50mm。焊后立即用小锤轻轻的敲击焊接处,以消除应力,防止裂纹。收弧时必须填满弧坑,待工件冷却后再继续焊接。

3、散热法

散热法又称被迫冷却法,就是利用各种方法将施焊出的热量迅速的散开来,减小焊缝及其附近的受热区,同时还使受热区的受热程度大大降低,从而达到减小焊接变形的目的。常用的方法有直接水冷散热(常用于表面堆焊和焊补)、紫铜冷却块散热等。但是,应该注意的是:散热法比较麻烦,对于具有淬硬倾向的钢材不宜采用散热法,否则,钢材会出现裂纹缺陷。

4、留余量法

留余量法是在下料的时候,将零件的长度或宽度尺寸比设计尺寸适当大些,以此来补偿焊件的收缩。余量的多少可以根据公式并结合生产经验来确定。留余量法主要用于防治焊件的收缩变形。

5、刚性固定法

刚性固法指的是焊前对焊件采用外加刚性约束,强制焊件在焊接时不能自由变形。刚性固定法对于减小变形很有效,并且在焊接时不必过分的考虑焊接的顺序。刚性固定法一般情况下适用于那些焊接厚度较小并且材料韧性较强的焊件。在实际的生产中一般将刚固定法和反变形法配合着使用。

6、反变形法

在对构件进行拼装时,应根据施工经验适当的使构件向焊接变形相反方向做适量的预变形。采用这种方法需要提前进行试验,将焊接的标准进行适当的调整。然后再根据焊缝设计的要求,事先做一次焊接预演实验。等到预演的焊件后对钢板的变形量进行精确的测量,并把测得的数值作为预防反变形的参数。接着在真正对焊件进行焊接前先在钢板的中心线上压出所测出的形变参数,使其两端呈现上翘的状态,如此一来便可以和焊接过程中所发生的形变进行抵消。实际生产中对于8―12mm厚的钢板V形坡口单面对接焊时,采用反变形法以后,基本消除了角变形。

结束语

综上所述,对焊接工程质量产生影响的因素有很多,其中不仅包括技术的不成熟而且还包括施工人员违反操作要求等。本文对焊接中发生形变的原因进行了简单的归纳,同时提出了一些控制措施。希望施工人员在进行焊接的过程中要本着职业精神,细心、大胆的进行焊接工作,确保焊接的质量。

参考文献

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