焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响研究

摘要：不锈钢性能优良、综合条件好，在诸多领域被广泛应用，焊接是不锈钢连接的最常见方式。但在不锈钢焊接期间可能会出现变形情况，对产品质量造成较大影响。因此，掌握焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响有着重要意义，但目前关于焊接工艺对不锈钢焊接变形的研究存在不足。基于此，分析了不锈钢焊接变形的危害，从焊接方法、焊接参数、焊接顺序、焊件拘束度等方面提出焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响，并探究焊接变形的控制措施，包括优化焊接工艺、合理设置焊接顺序、采用预变形法、采用刚性固定法等，还在降低不锈钢焊接变形，保证产品加工质量。

关键词：不锈钢不锈钢性能焊接变形焊接工艺焊接方法

ResearchontheInfluenceofWeldingProcessonStainlessSteelWeldingDeformation

LIKun

LanzhouModernVocationalCollege，Lanzhou，GansuProvince，730314China

Abstract：Stainlesssteelhasexcellentperformanceandcomprehensiveconditions，andiswidelyusedinmanyfields.Weldingisthemostcommonwayofstainlesssteelconnection.However，deformationmayoccurduringstainlesssteelwelding，whichhasagreatimpactonproductquality.Therefore，itisofgreatsignificancetomastertheinfluenceofweldingprocessonstainlesssteelweldingdeformation.However，thereiscurrentlyinsufficientresearchontheeffectofweldingprocessesonstainlesssteelweldingdeformation.Basedonthis，theharmofstainlesssteelweldingdeformationisanalyzed，andtheinfluence ofweldingprocessonstainlesssteelweldingdeformationisproposedfromtheaspectsofweldingmethod，weldingparameters，weldingsequence，weldmentrestraint，etc.，andthecontrolmeasuresofweldingdeformationareexplored，includingoptimizingweldingprocess，reasonablysettingweldingsequence，usingpredeformationmethod，usingrigidfixationmethod，etc.，whichalsoreducestainlesssteelweldingdeformationandensureproductprocessingquality.

KeyWords：Stainlesssteel;Stainlesssteelperformance;Weldingdeformation;Weldingprocess;Weldingmethod

不锈钢由于性能卓越，已然成为当代工业体系中的重要材料。不锈钢连接主要采用焊接技术，但焊接期间造成的不锈钢焊接变形问题一直都是行业重点关注的问题。焊接变形不仅会对不锈钢制品外观，同时也会影响其内部结构强度、降低其使用性能。目前，对焊接工艺和不锈钢变形之间的研究尚显不足。通过明确焊接工艺对焊接变形的影响机理，对保证变形控制、提高焊接质量有着重要意义。这就需要进一步分析各类焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响因素，从而采取有效的应对策略，降低焊接时不锈钢的变形量。

1不锈钢焊接变形的类型与危害

1.1不锈钢焊接变形的类型

1.1.1收缩变形

收缩变形是指焊缝冷却期间，由于热胀冷缩的效应影响，冷却期间会沿着焊缝长度方向发生紧缩，导致焊件尺寸减小。

1.1.2角变形

该变形种类是指焊接焊透厚度方向产生不均匀收缩，应力较弱的一侧屈服，导致接头部位弯曲。

1.1.3弯曲变形

焊缝不对称分布、焊接顺序不科学等问题导致焊件产生应力弯曲。

1.1.4波浪变形

主要出现在较薄的不锈钢板中，不锈钢薄板上呈现为波浪起伏状态。

1.1.5扭曲变形

是指焊件焊接期间受到多种复杂的拘束作用影响及不均匀加热影响，从而造成的整体扭转问题。

1.2危害

不锈钢焊接变形的危害较大，不仅会降低焊接件的结构尺寸降低，难以满足装配需求，同时还会加大后期的加工成本和难度。例如：机械制造期间，焊接变形会造成零部件无法精准安装，影响设备正常运行以及安全性。焊接变形还会造成接头部位存在较大的残余应力，造成焊接接口部位开裂、疲劳失效等问题，降低了焊接件的使用寿命、使用安全[1]。

2焊接工艺对焊接变形的影响因素

2.1焊接方法

不锈钢的焊接方法有很多，如焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊等，不同的热量输入及焊接速度对焊接变形的影响也存在差异。通常情况下，所输入的热量越大，焊接变形量就越大，二者成正比关系。例如：焊条电弧焊由于热效率低、热量输入量大，因此理论上焊接变形量相比其他焊接方法就更大。其余两种焊接方法的焊接热效率、热量输入量更少，可减少焊接变形量。

2.2焊接参数

焊接参数主要包括电流、电压、焊接速度等参数，这些参数的大小会对焊接热输入、焊缝冷却速度直接产生影响，进而对焊接变形产生影响。通常焊接电流、焊接速度会直接影响焊接变形量，例如：焊接电流从100A提升至150A，则焊接变形量理论上可提升50%以上。同时，焊接电压变化也会影响不锈钢的焊接质量，如果焊接电压过大，则会加大不锈钢焊接变形概率。通过相关数据查询表明，焊接速度每降低10cm/min，则焊接变形量会增大2mm左右[2]。

2.3焊接顺利

焊接顺序是否合理也会对焊接变形造成影响。采用对称焊接、分段退焊顺序，可以提高焊接期间热量分布的均匀性，从而减少冷热应力，降低变形量。例如：在长焊缝焊接期间，采用分段退焊顺序可有效控制不锈钢的焊接变形量，将其控制在指定范围内。

2.4焊件拘束度

焊件拘束度和焊接变形成反比关系，也就是焊件拘束度越小，焊接变形量就越大；反之，焊件拘束度越大、焊接变形越大，但也会增加残余应力。在焊接作业中，应结合实际情况科学设定焊件拘束度，例如：在大型构件焊接期间，可采用夹具、支撑等方法提升焊件拘束度，避免过大的焊接变形。如果拘束度过大，可能在焊件接头部位产生裂纹等缺陷。

3不锈钢焊接变形的控制技术

3.1预变形法

焊接前对不锈钢焊件进行预变形，从而补偿焊接期间所产生的变形应力。该方法需要结合焊接变形预测结果，精准计算焊接变形量以及变形方向。例如：针对容易发生弯曲变形的不锈钢焊件，可将未焊接的焊件向反方向弯曲一定量，在焊接期间产生的反向作用力，将不锈钢焊件恢复到平整状态。

3.2刚性固定法

该方法是采用夹具等工具将不锈钢焊件固定住，从而限制其产生焊接变形情况，但在应用中需要避免过度拘束导致焊线处残余应力过大。特别是一些关键部位、变形要求高的焊件焊接期间可采用刚性固定法。例如：在管道焊接中，可使用卡箍等工具固定管道，减少焊接变形量。过度刚性固定会增大接头部位参与应力，最终会对焊接质量造成影响。

3.3散热法

不锈钢焊件变形的根本原因是热胀冷缩产生的强大应力，而散热法就是借助强制冷缩等散热方法，提高焊缝冷却速度，从而减少焊缝变形问题。在实际应用中，在焊接附近设置冷却装置，如风冷装置、喷水冷却装置等，用于降低焊缝温度，降低变形量参数。科学应用散热法可明显降低不锈钢焊件的变形量。

4不锈钢焊接变形控制的有效措施

针对上述造成不锈钢焊接变形的主要原因，可通过采取一系列的综合性防控措施，根据不锈钢焊件的焊接轻钢和材质特性，科学地选择焊接工艺、调节焊接参数，从而控制不锈钢焊件焊接变形量，保障不锈钢产品焊接质量和产品性能。

4.1合理设计焊接结构

不锈钢焊件设计阶段，就要全方位考虑焊接变形的可能性。如不锈钢板厚度为10mm，通过对焊接接头的尺寸、形式进行优化，可有效减少30%左右的焊缝数量，从而降低焊接期间的热输入量、拘束度等，通常减少幅度达到25%左右。总之，在焊接结构设计中，应避免使焊接结构过于复杂，同时还要科学设置焊缝位置[3]。

4.2选择合适的焊接工艺

4.2.1焊接方法选择

不同的焊接方法对不锈钢焊件焊接变形的影响不同。在相同的条件下，采用氩弧焊焊接方法所产生的相对变形量更小，例如：在5mm的不锈钢板焊接中，相较于焊条电弧焊，采用氩弧焊焊接可以使变形量降低40%以上。所以，在条件允许的情况下，尽可能地使用氩弧焊代替电弧焊。

4.2.2焊接工艺参数

严格控制不锈钢焊件焊接时的电流、电压、焊接速度等参数。通常在焊接电流降低20A、电压降低5V、焊接速度提升10cm/min时，其热输出量仅有之前的60%，从而减少不锈钢焊件变形问题的出现。另外，严格按照标准设置焊接顺序，积极采用对称焊接等有效方案，保持焊接期间热能分布更加均匀，避免出现不均变形[4]。

4.2.3优化焊接工艺

焊接期间应选择合适的焊接方法和参数，同时也要结合当前工艺的不足，采取相应的优化措施，如薄板焊接可采用熔化极气体保护焊工艺，通过严控焊接参数，确保热输入量符合质量标准。

4.3焊接前准备

4.3.1焊接预处理

对不锈钢焊件提前进行预处理，将表面的锈迹、油污等杂质清除干净，从而提高焊接质量，减少产生质量缺陷的概率，控制焊接变形量。通常对不锈钢焊件展开科学的预处理工作，能够减少15%的焊接变量发生概率。

4.3.2预热

如果不锈钢焊件较厚或拘束度较大，可采用适当的预热方法，避免焊接期间冷却速度过快。例如：将15mm厚的不锈钢板放置在150℃温度环境中预热，通常焊接变形量可降低20%左右。在预热期间，应合理控制预热温度，避免因为温度过高影响不锈钢焊件整体质量[5]。

4.4焊接过程中的焊缝控制

4.4.1采用约束固定

焊接期间，可借用夹具等设备对不锈钢焊件拘束固定，限制焊接时产生的变形量。拘束固定必须保持适中，避免过度拘束造成局部焊接应力过大，严重会造成焊缝处的接裂纹。

4.4.2控制焊接热输入

除了科学选择焊接工艺参数外，还可以配合使用间歇焊接、分段焊接等多种焊接方法，对不锈钢焊件热分布实时掌控，采取有效措施避免局部过热造成的变形问题。

4.4.3实时监测和调整

采用先进的监测仪器，如应变计、测温仪等设备，对焊接期间不锈钢焊件的温度、变形量实时监测。待到监测变形量达到设定标准值后，系统会自动调节焊接工艺参数，并开启相应的控制系统，确保不锈钢焊件焊接变形量在标准范围内。

4.5焊接后处理

4.5.1热处理

对完成焊接的不锈钢焊件进行热处理，如去应力退火等工艺，能够将焊件中的残余应力消除，减少焊接变形量。热处理技术应用前，应结合不锈钢焊件的焊接情况、材质进行方案设计[6]。

4.5.2矫正

如果不可避免地产生焊接问题，则要采取相应的矫正手段，如机械矫正、火焰矫正等方法，无论采用哪种矫正方案，都要控制矫正的方法、力度，避免对不锈钢焊件造成新的损伤问题。

5结语

综上所述，控制焊接变形需要综合考虑多种因素，采取多种措施相结合的方法。在实际焊接过程中，需要根据具体的焊接结构、焊接材料和焊接要求等因素，选择合适的控制措施，并不断优化和改进焊接工艺，以达到最佳的焊接效果。同时，随着科技的不断进步，新的焊接技术和控制方法也在不断涌现，需要不断学习和探索，以提高焊接质量和效率。

参考文献

[1] 丁柏君，来文信，李焕东.多工位连接杆焊接机设计和工艺方法试验[J].机械设计与制造，2023，386（4）：229-233，238.

[2] 南芳，柴俊发.焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响研究[J].中国金属通报，2021（17）：233-236.

[3] 方乃文，黄瑞生，武鹏博，等.钛合金窄间隙激光填丝焊接工艺及接头组织性能分析[J].材料导报，2023，37（10）：186-193.

[4] 彭清和，颜文煅，张颜艳，等.热处理对9Ni钢焊接接头组织和性能的影响[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2024，20（2）：91-96.

[5] 王耀伟.316L不锈钢DP--TIG焊接工艺及接头性能研究[D].银川：宁夏大学，2022.

[6] 吴玄培.塑性变形及退火处理对304奥氏体不锈钢氢脆敏感性影响研究[D]北京：中国矿业大学，2020.