焊接变形及控制变形措施

王立颖 王冲

(吉林铁道职业技术学院 吉林 132001)

1 引言

如果焊件焊接之后变形较大,会影响焊接产品的尺寸精度和外观美度,与此同时可能还会减小产品的使用寿命,缩减其承载能力。在这样的情况下,如果通过焊接后矫正变形,则增加工时,使成本提高。因此,焊件焊接后的变形,会焊件产品的质量以及生产效率、经济效率都有较大的影响。总之,在焊接实际生产中,分析焊件通过焊接产生变形的主要影响因素并通过过实验对比寻找控制焊件变形的措施以及矫正方法,具有非常重要的意义。

2 焊接变形

焊接变形包括:纵向纵横缩短以及弯曲、扭曲、波浪等变形等。

2.1 纵向缩短和横向缩短

(1)纵向缩短;焊件在焊接之后,在顺着焊缝的方向上会产生尺寸收缩,这个收缩就是纵向缩短。这个缩短的尺寸大小,与焊缝长度、焊缝熔敷金属截面积的影响关系是正比的变化关系,随着二者的增加而增加;与整个焊件垂直焊缝的横截面积的影响关系是反比的变化关系,横截面积越大,则缩短量越小。(2)横向缩短;焊件在焊接后,在垂直于焊件的焊缝的方向上会产生尺寸收缩,这个收缩就是横向缩短。这个缩短的尺寸,与焊接线能量以及板厚的变形关系是正比变化关系。

2.2 角变形

角变形。是在焊接的过程中,因为焊缝区在沿着焊料板材的厚度方向上分布不均匀的横向收缩而导致的回转变形。这个变形量的大小,用变形角进行衡量。在堆焊、搭接和丁字接头的焊接时,也经常会产生角变形,这个角变形量的大小与焊缝截面形状和坡口形式有关,且还和焊接方法有关。

2.3 弯曲变形

弯曲变形,是在焊接过程中经常存在的一种普遍性变形,很常见。弯曲变形,通常是因为焊缝的位置分布不对称造成的,或者是焊件的断面形状不对称、焊缝收缩引起的变形。

2.4 扭曲变形

在焊缝角变形的影响下,如果变形在沿长度方向分布不均匀,或者焊件零件的纵向有错边,或施焊程序不合理,装配不良,有可能会使焊件产生没有规律性的扭曲变形。在实际的加工生产过程中,这种扭曲变形非常容易发生在薄板结构中。

2.5 波浪变形

因为一些板材比较薄,在焊缝的纵向收缩,横向收缩的影响下,容易产生波浪形状的变形,就是波浪边形。

3 影响焊接变形的因素

如果焊件焊接之后变形较大,会影响焊接产品的尺寸精度和外观美度,与此同时可能还会减小产品的使用寿命,缩减其承载能力。因此,焊件焊接后的变形,会焊件产品的质量以及生产效率、经济效率都有较大的影响。为此,本文在查阅大量相关资料的基础上,分析了焊件通过焊接产生变形的主要影响因素。

3.1 焊缝位置

如果焊缝布置不对称或焊缝截面重心与焊件截面重心不重合时,易引起弯曲变形或角变形。

3.2 结构刚性

焊件的变形程度与刚性有关,在同样力的作用下,焊件刚性较大时,变形较小,刚性较小,则变形较大。

3.3 装配焊接顺序

通常,从增加刚性减小变形的角度考虑,对于截面对称,焊缝对称的焊件,采用整体装配焊接,产生的变形较小。然而,因焊件结构复杂,一般不能整体装配焊接,而是边装配,边焊接,此时就要选择合理的装配焊接次序,尽可能地减小焊接变形。

3.4 焊接工艺参数的选择

焊接线能量的变化直接产生温度变化,这种温度变化对于焊接变形的影响较大。变形量随着焊接线能量的增加而增加。焊接变形还与坡口形式有关,二者是正比变化的关系。因此V形坡口的变形比U形、双V形坡口大。

4 控制焊接变形的措施及矫正方法

4.1 选用合理的焊缝尺寸

焊缝,其尺寸过大,则通过焊接产生的变形也会增大;反之,焊缝尺寸过小,则可能会减小焊件产品的承载能力,此外,还可能使得焊件接头处的冷却速度变快,将会产生裂纹、热影响区硬度增高等很多连锁的焊接缺陷现象。因此,在保证焊接质量的前提下,应该根据焊接材料的材质、厚度以及工艺选择最小的焊缝尺寸。

4.2 尽可能地减少焊缝的数量

在选择焊件板材厚度的时候,如果厚度选择恰当,能够很大程度上减小肋板的数量,进而能够很大程度上降低焊缝的数量和焊后变形校正量。而对于薄板结构来说,通过压型结构代替肋板结构,也能够很大程度上降低焊缝的数量。

4.3 合理安排焊缝位置

在设计焊接工艺时,如果焊缝的位置对于焊件截面的中心轴是对称的位置关系的话,或者焊缝的位置比较接近焊件的中心轴,在这样的情况下则会使弯曲变形量变小;焊缝的位置分布不要密集,尽可能避免交叉焊缝。

4.4 散热法

在焊接操作过程中,如果采用强波冷却的方式来降温,这样受热面积大大减少,则在温度影响下的变形量会相应减小。这种方法比较实用于焊接板材较薄的焊件,不是很适用于焊接淬硬性较高的材料。

4.5 锤击法

在焊件处于热态的状态下,用用圆头小锤敲击焊缝,能够让其在纵向、横向上延伸,通过塑性变形来降低焊缝的收缩变形。