焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响分析及控制措施

张兴品

（中石化江钻石油机械有限公司，湖北 武汉 430223）

根据焊接工艺的加工原理，焊接过程中会对工件局部区域输入大量的热量以实现母材和焊材的融合，这是一种复杂的局部冶金过程，一旦焊接工艺处理不当，冷却后易产生较大的焊接残余应力，最终导致焊接结构的变形。从这个角度讲，如何使用合适的焊接工艺控制工件的变形，是当前焊接相关行业必须思考的问题。

目前，不锈钢的连接最常用的方法就是焊接。在不锈钢的焊接过程中，有很多因素会影响焊接的质量，任何一个不合理的因素都会导致不锈钢结构的变形以及不锈钢本身材料的损坏。这些问题会严重影响焊接成品的质量，以致焊接成品的多项功能难以完全发挥，从而会降低焊接成品的实用性。因此，本文就焊接技术对焊接变形的不利影响进行了有目的研究，可以有效地减少不锈钢产品的焊接变形，提升焊接产品的质量。

1 焊接技术对不锈钢焊接变形的影响

1.1 焊接方法的影响

随着国内工业水平不断的提升，人们对各种各样的工业产品的需求量也日益增大，从而推动了焊接方法的多样化发展。经过焊接研究者长时间的研究与实践，目前，已经具备了多样化的焊接方法，不同的焊接方法会对工件产生不一样的热输入。就不锈钢材料而言，不同类型的不锈钢材料受到温度的影响程度是不同的，而不锈钢焊接产生变形的重要原因是由于焊接过程中大量的热能输入造成产品上出现高温熔融区、热影响区以及母材的低温区，这些不同区域的不锈钢材料会因为不同的温度出现不一样的质量体积，在冷却后高温区呈现拉应力，低温区出现压应力，这些残余应力最终会导致焊接产品的变形。要选取合适的焊接工艺，首先，要对不锈钢材料进行分析研究，掌握不锈钢本身的各项材料特性，了解不锈钢材质受温度的影响曲线，并选取较为合适的焊接方法，从而可以有效地降低不锈钢焊接变形的程度，提升焊接成品的质量。

1.2 焊接顺序不同

不同的焊接顺序会对工件产生不一样的应力，在这一基础上影响不锈钢焊接成品变形的最主要因素之一是焊接顺序的选择。不同的焊接顺序会直接导致不锈钢焊接成品内部的应力分布发生改变，采取较为合理的焊接顺序，能够有效地

优化应力的分配，进一步提升不锈钢焊接成品的质量。在具体的焊接过程中，要针对不锈钢材质本身的特性进行分析，提前明确应该采用的焊接顺序，并保证按照焊接工艺的要求实施焊接。选择合适的焊接顺序能够有效地减缓不锈钢焊接过程中的变形，进一步提升不锈钢焊接成品的质量。

1.3 焊接装夹定位的影响

在焊接前对产品的各个焊接零部件进行装夹定位，可以起到固定零部件和防止零部件因焊接应力在焊接过程产生变形，因此，合适的装夹位置和固定方式能够有效降低焊接产品的变形。

在制定装夹方式时，要优先考虑定位方式，特别是焊接不锈钢薄板件和异形件时。在焊接过程中，合理的定位可以减少加工误差的累计，并起到防止焊接过程的零部件变形的作用。定位点的选取要事前评估焊接件的抗变形能力和焊接过程产生的残余应力，定位点靠近焊接应力较大的位置可以很好地防止不锈钢工件变形。对于焊接残余应力比较大的焊接件，可以用反变形的定位方式选取定位点，给焊接工件留有变形余量，在释放焊接应力后满足不锈钢工件的尺寸要求。除了定位点的选取，夹紧方式的合理应用也能有效减少焊接变形。

1.4 焊接工艺参数的影响

焊接参数是焊接工艺的主要构成，主要包括焊接速度、焊接电流、焊接电压和焊接角度等。这些参数决定了焊接过程的热量输入和最终的焊缝形貌，一般焊缝的形貌应呈平坦或微凸形。合适的焊接速度满足焊缝的填充要求。焊接件的变形也与焊接热输入有关，热输入越高焊缝热胀冷缩越厉害，意味着变形越严重。增大焊接速度降低电流和电压，是减少焊接热输入的主要方法。在不锈钢的焊接工艺中，合适的焊接参数能够有效减轻焊接变形。

2 针对不锈钢焊接变形的解决措施

2.1 做好焊前的准备工作

在不锈钢焊接过程开始之前，必须做好充分准备，才能够更加有效地避免不锈钢焊接产品变形情况的产生。充分的准备工作包括：（1）了解当前焊接的不锈钢构件之间的焊装要求以及各个不锈钢构建的基本材料特征，并对不锈钢构件进行结构分析和产品性能研究，确定不锈钢构件应该采用哪种焊接方法和焊接工艺进行焊接。同时，通过了解不锈钢材料构件的结构特征，确定应力集中区域和易变形位置，优化整个产品的焊接顺序，使产品整体呈现较为合理的应力分布，能够有效地减小不锈钢产品的变形；（2）对不锈钢产品的常见变形进行分析和研究，通过研究归纳出针对该不锈钢产品的预防变形的方案，并设计焊接过程中的变位器和焊接夹具，合适的焊接夹具可以避免焊接过程中的零部件因焊接应力发生位置改变，通过保证不锈钢构件的稳定性，防止不锈钢焊接构件的变形。夹具上的反变形定位可以在减少焊接残余应力的基础上保证焊接尺寸，防止不锈钢产品后续变形。用变位器改变不锈钢产品焊缝的位置，使焊接更容易实施，焊缝成型会更好、变形更小。综上所述，通过提前分析和预防，采取多样化的手段来防止不锈钢变形是十分必要的。

2.2 加强焊接过程的质量控制

焊接过程是整个不锈钢结构件加工的最重要环节，防止不锈钢焊接变形的主要的方式是对焊接过程工作进行监督和控制。通过采取提前编制技术规范、实施现场监督、要求作业人员按照焊接技术要求对焊接件进行预处理、焊接零部件按照技术规范进行装夹定位以及焊接参数满足工艺要求的控制措施，达到提升焊接质量及防止不锈钢焊接构件变形的目的，从而进一步提升不锈钢焊接构件质量的稳定性。除此之外，还要对焊接设备定期进行检修，对焊接工装进行维护，保证焊接过程在一个稳定的环境内进行。对批量生产的不锈钢焊接件，要做好首检和抽检工作，根据产品变形情况，要及时返修和处理。其次，在具体的焊接过程中，要对焊接工作人员进行专业技术知识考核，保证焊接工作人员能够按照标准规范的进行焊接操作。采取以上措施可以有效保证焊接工作的顺利进行，并能够提升不锈钢焊接构件的质量。

2.3 建设健全的事后补救机制

焊接过程中很容易由于焊接人员的操作不当以及各种各样的因素影响导致不锈钢焊接构件变形的产生。因此，不锈钢构件一旦在焊接完成后产生了变形，就必须采取有效的措施进行补救。不锈钢焊接构件产生变形是由于内部的应力不平衡引起的，应了解当前不锈钢焊接构件变形产生的具体原因，采取合理的措施矫正不锈钢的变形。可用于不锈钢焊接构件变形的矫正方法有：（1）采用机械施加外力的方式来矫正不锈钢的变形，由于变形程度不一致，这种模式一般以人力矫正的方式为主。需要注意的是，人力矫正要求矫正的工作人员具备较为丰富的工作经验以及较强的专业技术，能够在避免裂缝压痕等不良情况下完成不锈钢构件的变形矫正。（2）采取对不锈钢焊接构件变形部位进行加热的纠正方式，这种方式的主要工作原理是加热可以使构件消除焊接残余应力，通过这种方法来矫正不锈钢焊接构件中的变形部位不容易反弹。在具体的变形矫正过程中，灵活运用以上两种矫正方式来提升不锈钢焊接变形部位的矫正效率，从而进一步提升不锈钢焊接结构件的质量。

3 结语

在焊接工艺方面对不锈钢焊接结构件变形问题，可以采取焊前做好充分的分析和试验验证，制定有效的技术方案。通过控制焊接过程，严格要求操作人员按照技术要求实施焊接。对焊接变形的产品采取合适的方法进行矫正，并通过分析焊接变形原因优化不锈钢焊接技术，推动不锈钢焊接技术的进步。