浅谈焊接变形的控制措施

【摘要】焊接的质量与工业的正常运行有着非常大的联系，在工业生产中焊接作业的应用十分广泛，如果工艺处理不当，就会出现变形从而严重影响到焊接的质量，同时也会影响到结构设计的完整性、合理性以及可靠性。本文对影响焊接变形的因素以及控制措施进行了简单的分析，重点提出工艺措施的完善方法，希望能对焊接工艺的发展起到一些作用。

【关键词】焊接变形；影响因素；控制措施；

中图分类号：C35文献标识码： A

焊接技术在制造业占有很重要的地位，随着科学的飞速发展、焊接技术的不断进步，正确安排焊接工艺变得尤为重要。在焊接技术中焊接变形的问题比较严重，会影响到结构的安全性能，甚至还会发生断裂，因此制定有效的措施来控制变形的发生是保证焊接质量的基本要求。

一、焊接的概述以及焊接变形的定义

1.焊接的概述：

焊接也就是熔接，是通过高温加热或是高压的方式将金属或其他材料接合在一起的技术。在19世纪之前焊接工艺就是用金属锻焊，在19世纪末出现了最初的焊接技术；随后在20世纪早期因为对军用设备的需求量提高，所以价格低廉的金属工艺受到关注，从而促进焊接技术的开展；然后在二战之后出现了几种较为先进的焊接技术，在20世纪末焊接技术就已经有了非常大的突破，例如激光焊接，现如今已经在工业生产中使用焊接的机器人进行生产操作。

2.焊接变形的定义：

焊接变形的就是指在进行焊接工作的时候，焊缝金属与基材的冷热交替所导致的收缩或膨胀的现象，其中，沿一边连续焊接会比两边交叉焊接所引起的变形幅度大。在焊接过程引起的冷热交替循环中，例如金属在受热时它的机械性能和物理性能都会发生改变，这就会影响到金属的收缩而导致变形。当热量增大、热膨胀增加时，焊接位置的温度就会升高，该位置的弹性、强度以及热导性能都会随之降低。

二、焊接变形的影响因素及其控制措施

导致焊接变形的因素有很多，而局部受热不均匀输入是引起变形的一个主要因素，可以将焊接变形分为以下两种，一是正常温度下的残余变形，另一种是在进行焊接工作时瞬间的变形，影响变形的因素归纳起来主要有材料、结构以及工艺三个方面。

1.材料因素及其控制措施。

材料的一些性能参数会影响到焊接变形，其中力学性能和热物理性能尤为重要。①力学性能：力学性能中的热膨胀系数增加时焊接变形的程度也就随之增大。②相比力学性能来说热物理性能比较简单，热物理性能中的热传导性能系数越小、材料的温差就越大，导致变形的情况越明显。另外力学性能中的弹性模量和屈服极限也具有重要的影响作用，前者和后者具有反比例的关系，也就是说变形会随着弹性模量的增加而降低，而屈服极限的增加会导致焊接的过程中产生很大的残余应力，因此变形的程度也就随着加大。

面对材料对焊接产生影响的这个问题，要从选择材料方面入手。在选材料时要考虑到焊接材料的导热能力，导热能力越好的越不容易变形，因此要选择热导系数比较大的材料，另外材料的弹性模量以及膨胀系数也要低。但是一般来讲，通过选择材料来控制焊接的变形较为困难，因为材料的性能有一定的固定性，很难在性能之间权衡，如果在焊接的材料已经确定的情况下，就要从结构和工艺两个方面来进行控制。

2.结构因素及其控制措施。

焊接结构的设计是对焊接变形的主要影响因素，也是最为复杂的因素。总体原因就是焊接残余应力随着拘束度的增加而增加，同时焊接变形降低，但是拘束度并不止来自材料的本身，还有外在的约束度，这就使得约束度变化的比较复杂。通常在设计阶段我们会使用加强筋或加强板来控制结构的稳定性能，但是这个设计给焊接变形的控制带来了很大的难度，因此要在加强筋上下功夫，要加强尺寸和数量的控制，能够在一定程度上减少焊接变形。

对于结构设计的控制措施如下：首先是对焊缝的设计，主要是设计焊缝的形式和大小，焊缝越大变形的程度也随着变大，因此焊缝的设计与焊接变形的程度是有着密切联系的，要在满足基本要求的基础上尽量将焊缝设计的越小越好；其次是对焊缝数量的控制，焊缝数量越少变形的几率也就越小，要尽可能减少焊缝的数量；最后是对焊缝位置的控制，要尽量将焊缝的位置安置在中性轴附近，能够有效降低结构变形的可能。

3.工艺因素及其控制措施。

科学正确的焊接工艺能够有效保证焊接的质量，工艺对变形的影响也就是施工的顺序、方法、定位等对变形的影响，其中影响最大的就是焊接的顺序。焊接顺序的不同其结构残余的分布状态也不同，因此焊接变形的程度也都不同，另外工艺的参数对焊接的变形也有很大的影响。经过实验证明，控制工艺措施能够有效达到减小焊接变形的目的。

三、完善的工艺措施

1.施工前的控制措施。

①反变形：在焊接之前对焊接的状态以及变形的方向和大小做一个预测，并根据预测的结构提前做好一个与预测结果相同的形状，大小相同，但是方向相反，这样焊接后的变形刚好抵消了这个预留的变形，从而达到设计的要求。

②预防拉伸：这个措施适用于有预先热膨胀量或者薄板有预张力的情况下进行的，在焊接之后去除预拉伸或加热，薄板恢复原状能够有效控制焊接的变形。预热能够降低温度梯度，不同的预热温度在降低残余盈利的作用方面有一定的差别，温度在350℃左右时，残余应力水平降低了40%；当温度为200℃时降低了15%。

③刚性固定组装：这种方法是借助外力使用夹具或刚性胎具将焊件固定住，能够控制弯曲变形和控制角的变形。

2.施工中的控制措施。

采用合理的焊接参数和方法，选择合理的焊接顺序、随焊两侧加热以及随焊碾压这些都是焊接施工过程中的控制措施。

①通过规范参数以及低线能量焊接法能够有效控制焊接变形的发生。

②正确合理的焊接顺序能够均衡结构中的残余分布，这对于焊接变形的控制有着非常重要的作用。

③采用随焊两侧加热以及随焊碾压的方式能够减少焊接变形的发生。

3.施工后的控制措施。

施工后的控制措施就是在焊接完成之后对变形进行控制和矫正的措施，主要有机械和加热这两种措施。

①机械矫正：这种矫正方式主要是通过静力加压、以及电磁脉冲等方法来进行，也就是在焊接件上施加机械压力，导致构件产生与焊接变形的反作用力，从而实现矫正的目的。

②加热矫正：要根据焊件具体的变形情况来选择合适的加热方式，有局部加热和整体加热两种，整体加热就是将整个构件加热至可以锻造的温度，然后进行矫正，这种方式适用于变形较严重的构件；局部加热就是利用火焰对变形的局部位置进行加热，在高温时材料的热膨胀受到构件本身刚性的制约，会导致局部压缩塑性变形，冷却之后就会收缩已达到矫正的目的，这种方式快捷简便，因此使用非常广泛。

总结：

本文通过对材料、结构以及工艺三者影响焊接变形的因素进行分析，能够看出焊接的工艺是影响焊接变形的重要因素之一，甚至会影响到设备的安全性，因此要采取有效的控制措施，虽然任何控制方法都存在局限性，但是要根据实际的情况，最大限度的控制焊接变形的产生。

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