分析不锈钢薄板焊接变形影响因素与控制方法

孟繁多

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130042

在目前的工业生产中，焊接因工艺过程简单，制作加工方便；结构简单，强度高，已经成为主要的结构连接方式。但是焊接过程中产生的变形和残余应力，会对结构强度带来影响，特别是对于薄板，在焊缝周边由于变形和应力的影响，很容易引起焊缝裂开等故障。

1 不锈钢薄板在焊接过程中发生变形的原因

不锈钢薄板在使用范围上非常广泛，在不同的使用环境下钢板的厚度也有着一定的差异。依照相关行业内部的规定，厚度大小在0．2 ～4mm 范围内称之为不锈钢薄板，厚度大小在4 ～20mm 范围内则称之为不锈钢中板，厚度大小在20 ～60mm 范围之内称之为不锈钢厚板。在不锈钢薄板的焊接工作中，经常会出现不良的行为问题影响到了钢板的使用质量，具体分为以下几个方面因素：

1.1 材料因素

在不锈钢薄板的焊接工作中，由于钢板内部材料应力的影响，造成了焊接形变问题。从钢板材料的内部结构来进行分析，在焊接工作中承担了2 种不同的负荷条件，一种属于中面负荷，存在于材料的中间拉力、应力以及其他外力的影响，对于钢板材料的中面力在薄板当中属于均匀分布。第二种属于垂直中面力也称之为横向力作用横向力，是造成钢板出现形变的重要影响因素[1]。

图1 焊接变形图

1.2 切割因素

不锈钢薄板在切割工作中会产生形变问题，很多不锈钢薄板在焊接工作中存在不良的形变问题，和切割工作存在着密切的关联。在实际的生产工作中，针对不锈钢薄板的切割方式主要分为了以下几种：第一，电焊切割使用不锈钢焊条，将电流上升到一定大小之后，将不锈钢薄板进行切割，这种切割方式相对比较粗糙，并且存在严重的不规范性，同时在后续的焊接工作中也会存在一定的影响，因此没有被广泛的使用。第二种使用等离子切割技术，这种技术层次相对较高，并且广泛地使用在不锈钢薄板的切割工作中，但是这种切割方式只要使用在一些非标加工件的切割环境下，主要的工作特性是切割之后钢板的形变量相对较小，并且切割的速率较快，钢板的边缘区域相对比较整齐，比较适合用一些非标加工件的加工过程当中。

2 不锈钢薄板焊接过程中对变形的控制及工艺措施

2.1 保护气体的应用

为获得焊接质量较好的焊接接头，焊接过程采用多层多道焊接，层间温度控制在100℃以下，以减少焊缝在脆性转变区间的停留时间，减少脆性相的析出。焊接过程中，为了避免焊缝氧化，管子正面、背面均需通保护气体对焊接熔池进行保护。元素为强奥氏体化元素，保护气体中加入氮元素有利于增加热影响区及焊缝区的奥氏体组织。当保护气体中无N2加入时，由于焊接时的不平衡冷却过程，奥氏体转变不完全，而且焊接过程中出现氮化物的析出。这是因为高温时N 在铁素体中溶解度较高，而快速冷却时溶解度急剧下降，尤其在焊缝近表面，由于N 的损失，使铁素体量增加，氮化物更容易析出。因此与母材相比，热影响区及焊缝区奥氏体相的数量少得多。当保护气体中加入2% N2后，焊缝中会渗入少量N 元素，而且由于N 元素分压的增大，大大减少了热影响区和焊缝区氮化物的析出量，从而大大增加了热影响区及焊缝中奥氏体的含量。

2.2 选择合理的切割技术

针对不锈钢薄板的切割工作中，相关切割工作人员需要通过专业的切割技术，有效降低钢板所产生的不良形变量。在实际的加工工作中，相关工作人员尽可能不选用手工电焊机切割的方法来进行操作，通常情况下需要选择等离子切割技术来进行切割。通过该项技术的有效应用，实际的切割工作效率较高，并且切割完成之后钢板边缘区域所产生的形变量相对较小，如果技术条件允许的情况下，还可以采用更加先进的激光切割技术。切割完成之后的不锈钢薄板需要对边缘区域进行有效的打磨处理，以此来为后续的焊接工作打下良好的基础[2]。

2.3 加工工艺方面的解决办法

一是应尽量采取对角对称焊，即先焊接对角再完成对称焊接。若焊缝不对称，可先焊接焊缝少的一侧，使后焊接的变形足以抵消前侧的变形。二是焊接薄板时，定位焊要从焊件中间开始向两端进行定位，焊缝的长度5 ～7mm，等距间隔50 ～100mm。三是预先判定焊接会产生何种变形，人为设置变形，使焊接变形与人为设置的变形方向相反、大小相等，防止产生残余变形。四是将焊接固定在足够刚性的基础上，使焊件不能产生移动。

2.4 对焊接变形进行校正

在焊接过程中，通过采取各项控制措施能够有效减少焊接变形的产生，但是，由于焊接工艺流程复杂，即使在严格控制，仍然有可能出现焊接变形。针对这种情况，可以采取必要的手段对焊接变形进行校正，消除这些焊接变形。在对焊接变形进行校正的过程中，主要采用机械校正的方式在室温下进行校正。校正过程中，将其放置在矫正夹具上。具体的校正过程中，需要对尺寸与精度进行严格的控制，确保校正后的尺寸满足设计要求。与此同时，还要在焊接过程中应用刚性固定工艺与反变形工艺控制焊接变形。一般情况下，焊接变形校正工艺适合应用在对局部焊接变形进行校正的过程中。

3 结语

轨道客车主要采用不锈钢薄板，车体的焊接生产技术是轨道客车制造的基础，这将推进不锈钢材质轨道客车车体焊接技术的研究和发展。在不锈钢薄板焊接工作中，必须要充分考虑到不锈钢的材料构成几何形态以及尺寸大小等相关影响因素，同时需要选择层次更高的焊接工艺来加以保障，以此来最大限度上降低不锈钢薄板的焊接型变量，有效提高不锈钢薄板的焊接工作质量[3]。