手弧焊时如何防止焊接应力和焊后变形

薄开俊

摘 要：在焊接结构生产中经常出现的焊接应力和变形问题，不仅影响了结构的尺寸精度和外观，还可能降低结构的承载能力，甚至导致产品因变形无法矫正而报废，因此，焊接应力与变形应引起我们足够的重视。

关键词：手弧焊接 应力和变形 控制措施

金属结构在手弧焊时产生的变形，会导致焊接产品质量下降，造成下一道工序无法顺利进行。焊接应力或焊接残余应力往往会产生裂纹，即使不产生裂纹，也会降低结构的承载能力和使用寿命。焊接变形会造成焊件尺寸、形状的变化，使焊后还要进行大量复杂的矫正工作，严重时会使产品报废。为了防止焊接应力和变形，我们首先了解一下焊接应力产生的原因及变形的种类。

引起焊接应力的基本原因是：焊接温度分布不均匀而引起的应力，焊接时温度变化引起组织变化产生的应力，还有金属熔池从液态冷凝成固体时体积收缩受到限制形成的应力。这些应力在焊接结束焊件完全冷却后仍以内应力的形式存在焊件内部的就是残余应力。

引起变形的原因及种类有：焊缝在结构中的位置、结构刚性的大小、装配和焊接顺序、焊接规范的选择等的影响，种类有纵向变形、横向变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等，按焊接结构形式可分为局部变形和整体变形。这些变形在焊件冷却后不能恢复的就是残余变形。

为了防止焊接应力和变形，在焊接生产加工中我们应采取相应的控制措施。

一、焊接应力的控制措施

1.焊接前要从多方面认真设计

尽量减少焊缝的数量和尺寸，选择填充金属量少的坡口形式。焊缝间应保持足够的距离，避免焊缝布置的过分集中。采用刚性较小的接头形式，使焊缝能够自由收缩，尽量避免三轴交叉的焊缝，不把焊缝布置在工作应力最重要的地方。在残余应力为拉应力的区域内，应尽量避免几何连续性焊接加热，以免内应力在该处进一步增高。

2.采取相应的工艺措施

采用合理的焊接顺序和方向，运用预热法、冷焊法、留裕度法、开减应力槽法、锤击焊缝法、加热“减应区”法等。采取合理的焊接顺序就能使每条焊缝尽可能地自由收缩，减少焊后残余应力的存在。

二、防止焊接变形的方法

分析和了解了焊接变形的原因及变形的种类，采取相应的控制方法就可以有效防止和减少焊接变形所带来的危害。

1.设计方面的措施

首先要选用合理的焊接尺寸和形状，在确保构件焊缝质量和有足够的承载能力时，应按板厚在工艺上选择最小的焊缝尺寸，以减少熔敷金属总量，从而减少焊接变形。其次要合理地安排焊缝位置，在构件上只要允许，焊缝的位置尽量靠近构件截面的中性轴，并尽量和中心轴对称，以减少构件的弯曲变形。再就是尽可能地减少焊接，可选用型钢、冲压件代替焊接件，从而减少焊缝的数量。

2.工艺方面的措施

（1）选择合理的安装和焊接顺序。在焊接结构中如果装配焊接顺序不合理将会给结构的变形带来很大的影响。为了控制和减少焊接变形，在装配焊接顺序的选择上应遵守下列原则：对正在焊接的焊缝应尽量靠近结构截面的中性轴；对于焊缝布置不对称的结构，装配焊接时要先焊焊缝少的一侧；焊缝对称布置的结构，最好由两名焊工同时进行两面对称焊接；对较长的焊缝不要采用连续的直通焊接，因连续直通焊会造成较大的变形，可采用分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法和交替焊法来减少焊后的收缩变形。

（2）反变形法。因焊件不能双面及对称焊接，并且只能单面焊接时，为了抵消焊接残余变形，可将焊件焊前预先向焊接变形相反的方向变形。如V形坡口、T形和角接接头焊件的单面焊接等，都要根据不同的条件预留反变形来防止焊后变形。

（3）刚性固定法。焊接前对焊件采取外加刚性约束，使焊接时的焊件不能自由变形。这种方法对小而薄的焊件减小变形很有效。对于形状复杂，尺寸不大，又是成批生产的焊件，可设计一个能够刚性约束的专用焊接胎具，既可以防止变形，又能提高生产率，焊接时还不必过分考虑焊接顺序，其缺点是有些大件不易固定，且焊后撤除固定后，焊件还有少许变形和较大的残余应力。

（4）散热法。散热法是利用水冷却和铜块冷却等方法将焊接处的热量迅速散走，从而限制和缩小焊接热场的分布，达到减小焊接变形的目的，但对淬火倾向大的钢材不宜采用，否则易产生裂纹

除上述之外还有锤击法、焊前加热“感应区”法、焊前预热焊后缓冷法、合理的焊接工艺法等。当然，随着生产实践的发展，我们还会发现更好的防止应力和变形的办法。

参考文献：

[1]王长忠.焊工工艺与技能训练[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2006.

[2]张应立.新编焊工实用手册[M].北京：金盾出版社，2004.

（作者单位：邹城市技工学校）endprint