焊接结构件焊接变形的控制方法研究

李廷伟 陈振凯

河南一拖(洛阳)中成机械有限公司

焊接结构件焊接变形的控制方法研究

李廷伟 陈振凯

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随着科学技术的发展，焊接技术也有了长足的进步，尤其是现代焊接的技术有着非常鲜明的优势和特点，朝着精细化的方向不断快速发展，不过，发展的过程中受到了相应的制约，制约其发展的主要因素是焊接残余应力和钢结构变形控制。在钢结构的多种连接方法中，焊接占据着非常重要的位置，并且这种技术的优势得到了充分的发挥，节约钢材、操作迅速等。所以，对钢结构残余应力和焊接变形控制进行全面、深入地研究是非常必要的。

结构焊接；变形；控制措施

大型结构件是指大体积、大质量、通过焊接完成的零部件。随着特种车辆产业的发展，大型结构件应用范围较广，通过大量规格、尺寸不同的钢材拼配、焊接而成，并成为该产品的骨架。一般结构件焊接后，紧接着进行机械加工。大型结构件的焊接时产生的变形会造成大量复杂的后期校正工作，甚至使焊件报废。因此，拼配、焊接工序必须保证足够的加工余量，防止焊接变形影响加工质量。

1 焊接施工概况

焊接也被称之为熔接，利用高温、高压等方式将金属或者其他热塑材料结合在一起。目前焊接的方式有很多种，比如熔焊、压焊、钎焊等。目前钢结构焊接的方式基本上都为熔焊，焊接的能量来源非常多，比如气体火焰、电弧、激光等。钢结构焊接过程中，焊接工件和焊接材料之间会形成一个熔融区域，区域内的液体经过冷却凝固以后实现连接。在这个过程中，如果高温熔池直接与空气相接触，会使得金属材料与氧气发生氧化反应，从而改变工件性能，因此还需要采取一系列的保护措施，比如气体保护电弧焊就是利用二氧化碳或者氩气起到隔绝空气的目的。此外，钢结构焊接过程中会给操作者带来一定危险，因此必须要采取相应的防护措施给予适当的保护。

2 焊接变形类型

钢结构焊接变形的主要类型有：①降温收缩纵横变形。该类变形是焊接温度降低金属收缩的过程中，以焊缝为原点，钢结构在纵横轴方向出现的变形[2]。②降温过程中收缩量的不同导致角度发生变形。钢结构在焊缝位置主要是因为金属收缩量的差异导致角度位移，呈现出角度变形。③焊缝角螺旋状变形。焊缝角钢结构纵横面无法实现均匀分布，导致变形，进而出现焊接变形。④错边变形。加热钢结构若发生不均匀情况，构件的收缩度也会不同，进而导致焊缝位置的构件在长和宽上无法相同，导致错边变形。⑤两焊缝位置不可能会出现同一焊接变形结果，带给人一种感官扭曲变形，也就是挠区变形。⑥波浪形变形。焊缝位置有着自身的内应力，能够在焊接位置出现波浪式表现，即波浪式变形。

3 焊接变形原因

钢结构焊接值得是对构件局部进行高温加热，在焊接施工过程中，焊缝池金属熔点位置的温度最高，而熔池周围温度也会受到金属气温熔点的影响而发生变化，最终与室温融合。在加热焊接施工过程中，在高温因素影响下，金属发生膨胀，而周边金属会严重制约其膨胀过程，而这就会产生一定量的塑性变形。与此同时，随着焊接金属的逐渐冷却，其也会对周边金属造成一定的影响，制约其自由塑性收缩，使得整个金属构件都会出现收缩现象，并且产生焊接变形及焊接应力。焊接变形及焊接应力不仅会对构件焊接的强度、刚度、尺寸、稳定等结构性能造成一定的影响，而且还会增加焊接工艺制造难度，导致施工成本增加。

4 焊接变形的控制方法

4.1 焊接热处理

在焊接残余应力的控制中，焊接热处理是一种利用率非常高的、有效的方法，在此过程中，所运用到的最主要的技术就是退火处理技术，通过对其的应用，增加其受热的温度，随着温度的升高，保温的时间也得以延长。不过，其中也有一些问题需要引起足够的重视。保证温度在一定的范围之内，不可过高，如果温度过高，就会导致焊接结构表面出现氧化过重的现象，使其内部结构发生相应的变化，从而破坏其使用性能。

4.2 变形的控制技术

大型结构件的结构和焊缝布置较为复杂。焊接件不同，焊接变形的方式和变形量不同，相应的焊接变形控制方法也不同。

(1)合理布置焊接方向。如同一条或同一直线的若干条焊缝，可以采用逆向分段焊接法和中间向两侧分段退焊法，控制残余变形。(2)合理安排焊接顺序。如构件上有数量较多又互相隔开的焊缝时，可适当采用跳焊法，使构件上的热量分布趋于均匀，降低残余变形。(3)冷焊法。尽量采用较小的线能量进行焊接，常见方法包括选用小直径焊条、快速焊、小电流及多层多道焊等。(4)散热法。用各种办法迅速散发掉施焊处的热量，减小焊缝及其附近的受热区面积，以减小焊接变形。

4.3 消除残余变形

在钢结构焊接施工过程中，造成结构发生变形的因素有很多，包括温度、重力、钢结构材料、承载力等等，另外，焊接施工环境以及焊接施工工艺也会对焊接变形造成一定的影响，因此，在焊接施工过程中，必须积极总结经验，并采取有效的预防措施。加热矫正引起的应力会与焊接应力叠加，同向应力叠加甚至可能会使构件的总应力超过允许应力，从而导致构件承载力增大引起结构破坏。对于钢结构焊接变形，有一部分可以在焊接施工过程中有效避免，而另外一部分则可以在施工过程中进行有效控制，提高焊接生产效率，保证工程施工质量，而这就要求在钢结构制作过程中合理选择施工工艺，尽量避免构件发生形变。

综上所述，随着社会经济和科学技术的发展，各行各业对于焊接技术的要求有了很大的提高，需要对其性能、质量等进行相应的提高和完善。对于焊接结构来说，焊接残余应力跌消除是至关重要的，可为其提供重要的保障，在一定程度上提高其刚度、强度和稳定性等。不过，就当下的形势来说，焊接残余应力跌消除还需要一段时间，必须要对每一个环节进行充分的研究和改变，使其朝着越来越精细化的方向发展。

[1]范存超，李祥忠，崔继永，彭德林.小型挖掘机结构件焊接变形的控制[J].工程机械，2008，02：50-52+4.

[2]赵忠刚.大型结构件焊接变形控制浅谈[J].机械研究与应用，2015，01：126-127.