焊接变形的影响因素与控制措施综议

邓勇强

摘要：在焊接过程中，焊接材料、结构和工艺三方面因素都可能造成焊接的变形。因此，要控制焊接过程中出现的变形，也必然要从这三个方面来制定措施。从设计和工艺两方面进行控制，可有效降低焊接变形的风险。

关键词：焊接变形影响因素控制措施

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0108-01

焊接变形是指钢构件在未受荷载前，由于施焊电弧高温引起的变形，包括缩短、角度改变、弯曲变形等。焊接变形会对结构安装的精度造成很大的影响，过大的变形甚至会显著降低结构的承载能力。因此在焊接过程中，必须通过一定的控制措施减低焊接变形的发生。由于焊接变形的发生主要是受焊接材料、结构和工艺这三个因素的影响，所以通过对设计和工艺两方面增加控制措施将有助于降低焊接变形的风险。本文将详尽分析焊接变形的影响因素，并对焊接变形的控制措施进行相关探讨。

1焊接变形的影响因素

焊接变形的成因比较复杂，可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。总体来说，材料、结构和工艺的差异都有可能造成焊接变形。而只有通过分析其影响因素，掌握一定规律，才能进一步采取相应控制措施。

1.1 材料因素对焊接变形的影响

材料与焊接变形之间有着极为密切的关系，材料的热物理性能参数与力学性能参数都会对焊接变形产生重要影响。热物理性能参数的影响主要体现在热传导系数上面。简而言之，热传导系数越小，焊接变形越显著。而力学性能对焊接变形的影响就比较复杂。对于其中最为显著的热膨胀系数，如果这一系数越大，焊接变形的幅度也会相应增加。与此同时，材料在高温区的屈服极限、弹性模量以及其随温度的变化率也会起着重要作用。通常来说，较高的屈服极限会引起较高的残余应力，因此焊接结构所储存的变形能也会相应增加，造成脆性断裂。

1.2 结构因素对焊接变形的影响

在很多情况下，焊接结构的设计是造成焊接变形的因素。简而言之，焊接残余应力会随着拘束度的增加而增加，从而使得焊接变形相应减少。而焊接过程中所受到的拘束度不仅来自工件本身，而且还有外来的拘束影响。通常来说，工件自身所起的拘束作用在焊接过程中占主导地位，因此在设计焊接结构的时候，常常需要采用加强版或筋板来提高结构的刚性和稳定性。然而这样的做法一方面增加了装配和焊接的工作量；另一方面使得某一区域的拘束度发生较大变化，使得对焊接变形的控制造成一定困难。因此，要减少焊接变形的发生，必须要在设计结构过程中针对筋板或加强板的位置、数量、厚度进行优化。

1.3 工艺因素对焊接变形的影响

焊接工艺中的焊接手法、热输入量、构件定位和夹具、构件固定方式的应用等方面都有可能造成焊接变形。而焊接顺序是在各种工艺因素中对焊接变形影响最为显著的一个。通常来说，残余应力的分布和应力状态的改变可以通过焊接顺序的改变来完成，进而减少焊接变形的发生。与此同时，焊接工艺的参数也对焊接变形起着重要影响。实践经验表明，如果利用特殊的工艺措施，能有效达到减小焊接变形、改善应力分布的目的。

2焊接变形的控制措施综议

通过上述的分析可以得知，焊接变形的影响因素集中在材料、结构和工艺三个方面。因此，要控制焊接变形的发生，也应该从这三个方面入手。总的来说，焊接变形可以从设计和工艺两方面的改进来控制。设计和工艺是相辅相成的。

2.1 合理的设计措施

首先，省市和尺寸选择上要正确恰当。焊缝的大小直接关系到焊接工作量和变形程度。因为焊接变相的程度会随着焊缝的扩大而变大，所以在设计过程中，确保结构承载力的前提下减小焊缝。在确保像十字或者丁字这种受力大的接头程度一样的前提下，可以用开破口焊缝代替一般角焊缝。在如今设计人员对焊接工序了解加深的条件下，已经能做到在设计上避免以前的错误倾向，理性地选择焊缝尺寸与形式。

其次，设计应该充分考虑焊接工序，尽可能地减少不必要的焊缝。在设计焊接结构的时候，设计人员应该合理地选择筋板的形状和安排筋板的位置，尽可能地减少焊缝数量，这样能有效地减少焊接变形。

再次，设计人员要选取最合适的焊缝位置。在设计焊接结构的时候，设计人员应安排焊缝尽可能地对称于或者接近截面的中轴。采取这样的方法能有效减少梁、柱类结构的挠曲变形。

2.2 完善的工艺措施

工艺措施是指在焊接构件生产制造过程中所采取的一系列措施，分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。在复杂的实际焊接生产过程中，焊接的过程往往有更具体的划分标准。因此，本文所划分的标准是针对焊接过程中的某一特定阶段而言的。

（1）焊前预防措施：这主要包括预变形法、预拉伸法以及刚性固定组装法。预变形法是指在工件安装过程中通过预测的焊接变形大小以及方向所造成的与焊接残余变形方向相反预变形量，由于焊接残余变形抵消预变形量，使构件回复到原本的设计要求。而预拉伸法大多数用在有预张力的薄板平面结构件上。在焊接过后，使用去除预拉伸或加热的方法使得薄板回复原始状态，这样能够有效降低焊接残余应力，从而控制焊接变形。预热的作用在于减少温度梯度，从而降低残余应力。预热温度越高，钢中的残余应力水平的降低幅度越大。而刚性固定组装法则是采取夹具或刚性胎具将被焊构件尽量固定，则能有效控制待焊构件的弯曲变形和角变形。

（2）焊接过程控制措施：焊接过程中所采用的控制措施主要包括采用合理焊接方法以及焊接规范参数、选择合理装配焊接顺序、采用随焊两侧加热、随焊跟踪激冷以及随焊碾压措施等。首先，通过规范参数和采取低线能量焊接法均能有效防止焊接变形的出现。其次，选择合理的装配焊接顺序可以改变残余应力的分布规律，在焊接工艺中尤其是多道焊中，对于控制焊接变形起着明显作用。再次，采用随焊两侧加热、随焊跟踪激冷以及随焊碾压这些措施能够有效减少焊接变形的发生。虽然在实际操作上，随焊碾压所需的设备非常复杂，造成使用不便。但是该方法在提高焊接接头强度，矫正焊接变形方面具有非常理想的效果。

（3）焊后矫正措施：主要包括加热矫正法与机械矫正法，这些措施属于消极的事后补救措施，旨在发生焊接变形后尽可能减少或消除已发生的残余变形。加热矫正法包括整体加热和局部加热两种，前者是将整体构件加热并使之温度高于锻造温度再进行矫正，可有效消除较明显的形状偏差。但因成本、技术等原因，前者在实际操作中很少被運用。相反，局部加热更为常见。而机械矫正法则是通过机械力或冲击能进行焊接变形的矫正，在实际操作中时有运用。

参考文献

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