包装机不锈钢构件焊接变形分析及控制

涂欣艳

摘 要:本文针对包装机械中不锈钢件焊接变形问题进行了分析,总结了变形类型和原因及控制焊接变形的几种方法。

关键词:焊接变形变形类型变形成因控制措施

中图分类号:TG441 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0085-01

1不锈钢焊接方法

不锈钢焊接方法有多种,最常用的有手工焊、金属极气体保护焊和钨极惰性气体保护焊。此类都属熔化焊接法。它是指在接头处局部加热至焊丝和被焊接材料熔化成金属液体,形成熔池,随后凝固成固态,使得两块钢材料焊接成一个整体(如图1所示)。

2焊接变形成因

焊接变形是由多种因素交互作用引起的,在焊接过程中,由于施焊电弧高温将会引起钢结构瞬态热变形,焊接完成后冷却到室温时出现残余变形。在这两类变形中,焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素,也是破坏性最强的变形类型[2]。

2.1 材料性能

焊件材料的性能对焊接变形具有重要影响。主要包括材料的刚度、热传导系数、热膨胀系数、材料在高温时的屈服极限、弹性模量以及温度变化率等等。

2.2 焊接结构

焊接结构的设计对焊接变形具有重要影响,包括焊缝分布、焊缝截面积、坡口形式、焊件板的厚度等等。在焊接过程中尽量对称、均匀、分散焊缝,以减少焊件变形。

2.3 焊接工艺

第一,焊接温度的影响。引起焊接温度不同的原因有多种,比如焊接电流电压大小、焊条直径粗细,焊接速度快慢,焊接方法等[3]。第二,金属再结晶。当钢材料产生塑性变形后,金属的再结晶将会导致材料内部组织的不均匀变化。第三,焊缝位置、长度和数量。当焊缝位置和数量不合适时,也会导致钢构件产生变形。一般焊接位置和数量应尽量对称安排,减少减少引起系列变形的可能。第四,焊接顺序。改变焊接顺序可以改变残余应力分布及应力状态,减少焊接变形。此外,还有多层焊接工艺、构件的定位或者固定方法、焊件与母材的厚度差异、焊接方法、焊件的形状等都能引起不同形式的变形。

3 变形类型

钢构件变形类型有多种,按照焊接变形形态和方式大致分为以下几种常见类型:

收缩变形:即焊件焊后尺寸缩短。包括纵向收缩变形和横向收缩变形。纵向收缩变形是沿焊缝轴线方向尺寸的缩短(图2所示)。在焊接高温的作用下焊缝及其附近区域产生纵向的压缩塑性形,冷却后焊件沿焊缝长度方向尺寸缩短产生了纵向收缩变形。横向收缩变形则是指沿垂直于焊缝轴线方向尺寸的缩短。

弯曲变形:产生弯曲变形的主要原因是装配、焊接顺序不当,焊接方向不合理等。

角变形:焊接时,由于焊接区沿着板材厚度方向不均匀的横向收缩而引起的回转变形。按照一定角度对焊件进行焊接,焊件冷却收缩后可能导致角度发生大小变化,即产生了角变形。

扭曲变形:钢构件绕着自身轴线发生扭曲的变形称为扭曲变形。它一般出现在刚度较大的焊件上,是由焊缝角变形沿长度方向的不均匀分布产生的。

波浪变形:焊后焊件产生形似波浪式的变形称为波浪变形。它是由远离焊缝区的焊接残余压应力引起的变形,一般出现在薄板构件上。

4 控制变形的措施

提高产品质量的重要举措就是控制焊接变形。一般可以从焊接工艺和焊接设计上入手来实现。

4.1 焊接工艺

(1)水浸冷却焊接法。散热法又称强迫冷却法,即将焊接处的热量迅速散走,使焊缝附近的金属受热面大大减少,达到减小焊接变形的目的。

(2)反变形法。即焊件在焊接前,人为预置与钢构件变形反方向的变形量,这样可以抵消焊接后带来的变形。

(3)矫正法。其实质是设法造成新的变形以抵消已经发生的变形。常用为机械矫正法、火焰矫正法和综合矫正法。

4.2 焊接设计

(1)改进焊接结构。合理选择焊缝结构的形状和尺寸,减少不必要的焊缝,避免焊缝的不均匀分布,从而减少焊接变形。

(2)刚性固定法。刚性固定法是将构件借助辅助工具(比如采用夹具、支撑件、焊胎等)加以固定限制构件变形。

(3)合适的焊接材料和焊接参数。焊材的粗细及其参数也会引起焊接变形,因此选择合适的焊接材料,降低焊缝中淬硬组织的形成和应力集中,提高焊缝金属的塑性、韧性和抗裂性能。

(4)合理的焊接方法。针对不同性能的材料采取合理的焊接方法,如适当时候采取二氧化碳气体保护焊取代手工电弧焊[4]。二氧化碳保护焊效率高、成本低且电流密度高,导致焊接热输入量减小,从而降低了焊接收缩变形的几率,提高了焊接质量。

(5)合理的焊接工艺。针对钢构件中的不同焊缝采取合理的焊接工艺,长焊缝时可以采取连续焊和分段焊结合方式；多件焊接时根据拘束度由大到小顺序完成焊接等[5]。

5结语

包装技术的好坏直接关系着包装产品的质量,包装机械的可靠性又决定着包装技术,基础构件的质量又是整个包装机械性能的可靠性的保证。因此保证包装机械中不锈钢构件制造过程中不产生变形,加工出合格产品,关键在于焊接变形的控制。因此了解不锈钢构件焊接变形成因,掌握焊接变形的控制方法,提高控制焊接变形的技术水平,是保证钢构件的尺寸精度的前提,它对包装技术的进步具有重要意义。

参考文献

[1] 戴宏民.包装机械技术发展趋势及我国的应对[J].机电信息,2004,(5):5-8.

[2] 李建广.浅谈焊接变形与变形控制[J].企业导报,2011,(12):273-274.

[3] 徐玉森.刍议焊接变形的影响因素与控制措施[J].轻工设计,2011,(5):17.