焊接变形的控制

摘 要：焊接结构中的焊接变形要从结构设计和工艺措施两个方面进行控制。

关键词：焊接变形；结构设计；工艺

前 言

随着科学技术的高速发展，焊接结构的应用日益广泛。在焊接构件时，由于结构上的差异，不仅影响了构件的外形美观，提高了生产成本，而且降低了结构的强度和使用寿命，还可引起事故。特别是随着焊接结构向大型化、高强化和安全化等方面的不断发展，研究焊接变形显得更为重要。

1.焊接变形的产生原因

在焊接过程中，构件由于局部的高温加热和快速冷却，在焊缝及母材近缝区内产生热应变和压缩塑性应变而引起了内应力，导致构件产生变形。常见焊接变形有：纵向变形、横向变形、弯曲变形、扭曲变形。在实际生产中，这些焊接变形往往不是单独出现的，而是同时出现，相互影响的。

2.从结构设计上控制焊接变形

（1）选择合理的焊缝尺寸

焊缝尺寸的大小不仅关系到焊接工作量，而且对焊接变形也产生较大的影响。焊缝尺寸过大，焊接量就大，焊接变形就大。但并不是说焊缝尺寸越小越好，在焊接过程中，过小的焊缝尺寸，由于冷却速度过快，容易产生一系列的焊接缺陷。因此，只能在保证结构承载力和焊缝的焊接质量的前提下，应选取最小的焊缝尺寸。

（2）安排合理的焊缝位置

在焊缝结构设计时，尽可能在对称于截面中性轴，或接近于中性轴的位置上安排焊缝，对于对称的焊接结构，焊缝布置应对称于中性轴，由两名焊工同时对称施焊，可使产生的变形相互抵消，或部分抵消，大大地减少了焊接变形；对于不对称的焊接结构，常采用合理的焊接顺序，会使焊接变形明显减少。

（3）选择合理的焊缝坡口形式

焊缝的坡口形式对焊接变形的影响较大。焊缝的坡口角度越大，熔敷金属的量就越大，沿着板厚方向的横向收缩就越不均匀，焊接变形就越大。对于厚板来说，V型坡口的熔敷金属比X型坡口的大，焊缝的焊接变形就越大。

（4）尽量减少不必要的焊缝

在焊接结构设计中，常用筋板来提高结构的稳定性和刚度，但是筋板数量太多，焊缝过于密集，焊接变形就越窄。因此，应在保证构件强度的情况下，尽量减少不必要的焊缝。

3.从工艺方法上减小焊接变形

（1）选择合理的焊接方法和规范

选择焊接方法和规范的原则是：在保证焊接质量的前提下，选用较低的线能量，能有效地防止焊接变形。例如：埋弧自动焊与手工电弧焊相比，功率大，热利用率高，焊接速度快，焊缝收缩小，焊接变形就小；气焊比电弧的焊后变形大，也是因为气焊时，焊件受热范围大，加上焊接速度慢，使金属受热体积增大，导致焊后变形大。用二氧化碳气体保护焊代替手工电弧焊，不仅效率高，而且变形也小。

（2）采用合理的装焊顺序和方向

焊接结构的装焊顺序将给结构的变形带来较大的影响。为了使焊缝能自由收缩，一般情况下，同时存在对接焊缝和角焊缝时，先焊对接焊缝；同时存在薄板和厚板时，先焊厚板；对同时存在连续焊缝和断续焊缝时，先焊连续焊缝。焊接时，应对称焊接，对不对称焊缝先焊焊缝少的一侧。对于结构中长焊缝，尽量采取分段焊。

（3）刚性固定法

刚性固定法的实质是在焊接时，将焊件固定在具有足够刚性的基础上，使焊件在焊接时不能移动，在焊接完全冷却以后再将焊件放开，这时焊件的变形要比在自由状态下焊接时发生的变形小。

（4）反变形法

根据生产中已经发生变形的规律，预先把焊件人为地制成一个变形，使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等，以达到防止产生残余变形。这种方法在实际生产中使用较广泛。例如：采用外力将构件紧压在具有足够刚度的夹具和平台上，使它产生一个反变形，然后进行焊接。

（5）散热法

散热法又称强迫冷却法，是把焊接处的热量迅速散走，使焊缝附近金属受热区域大大减小，以达到减少焊接变形的目的。但应注意散热法不适用于具有淬火倾向的钢板。

4.结论

通过对焊接结构焊接变形的分析和研究，且与现场焊接的实际经验相结合，可知焊接变形能从结构设计和工艺措施两方面来加以控制。

参考文献

[1] 王绍林.焊工工艺学.北京.中国劳动出版社，1994

[2] 田锡唐.焊接结构.北京.机械工业出版社，1982