焊接结构件焊接变形的控制

孙乃明

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

0 引 言

在机械制造过程中，焊接是极为重要的加工工艺之一。但是在焊接制造、焊接生产过程中，由于现场作业、拘束条件、以及压力管道结构不均匀相变、冷却、加热等原因,导致很容易就在焊接接头内产生瞬态变形和瞬态热应力。尤其是焊缝横向收缩会严重影响到焊接结构件焊接变形。每年由于焊接应力导致的焊接变形造成的损失高达近千万元人民币，甚至还会造成严重的人员伤亡，这是我们不得不面对的问题[1]。

1 焊接结构件产生焊接变形的种类

影响焊接结构件出现变形的原因较多，如施焊过程中是否有约束、冷却时间、焊接顺序、填充材料、母材材质、焊接参数、焊接方法等,主要影响焊接结构变形的因素有：1）焊接方法。这个主要是反映在V与I的作用上,埋弧焊（SAW）的线能量大,手弧焊（SMAW）的线能量较小，正相反性在回转变形上表现得较为显著。2）坡口或者根部间隙。焊条金属熔敷量W随着坡口或者根部间隙的增大而增大，出现横向收缩增大或者收缩变形的现象，坡口两面角度比例有影响。3）单位长度焊条金属熔敷量W或者线能量。收缩变形量与线能量是成正比的，而lgW越大，收缩变形量也就越大。4）焊接顺序。应该尽量避免出现集中热作用的现象，应力求热作用应该做到对称、均匀、分散。

但从根本上来看，主要是由于焊接残余应力造成焊接结构件产生焊接变形。焊接结构件变形的种类有:（1）扭曲变形,主要是焊接结构件绕自身轴线扭曲而成。（2）弯曲变形，包括角变形（由横向收缩引起）和弯曲变形（由纵向收缩引起的）。（3）波浪变形，薄板在焊接过程中会产生压缩残余应力,而压缩残余应力又会进一步形成波浪变形。（4）收缩变形，包括横向收缩（垂直于焊缝方向）和纵向收缩（在焊缝方向发生）[2]。

2 控制焊接结构件焊接变形的技术要求

1）为了有效地降低焊接结构件的收缩应力和焊接变形,应该采取定位焊点焊的方式，且为了大幅度降低对结构变形不利的拘束和确保先焊接的部分可以自由收缩，焊接结构件的焊接顺序应该从构件受周围约束较大的部位开始，然后再逐渐地向约束较小的部位推进[3]。

2）焊件如果按照焊接工艺评定要求需要预热的,那么应该对其主缝和定位焊缝二处同时进行预热，焊接温度务必应该在焊接过程中得以保持。与主缝预热温度相比，定位焊缝预热温度相应需要提高20~30℃左右。采用对加热板进行均匀加热的方式来对主缝和定位焊缝预热,预热区的宽度不小于100 mm,一般是在焊缝中心线两侧各3倍板厚左右，每条焊缝测量点不少于3对。焊接温度务必要符合焊接工艺的规定，加热能量务必要符合规范要求,如果没有具体的规定，那么就应该参照DL5017-93表6.3.12推荐值[4]。

3）一旦对焊接结构件的焊缝进行焊接时，一定要保持连续性，不能在中途无故中断。如果实在是由于特殊原因而不得不暂时中断，那么也应该采取相应的防止焊缝开裂的措施,将其表面清理干净，确认焊缝区不存在任何的缺陷之后，再按原工艺进行重新焊接。

4）参与焊接结构件焊接的技术人员都应该按照国家和行业相应的法律法规，取得相应的上岗资格之后才能够施工。如果已有相应的合格证，但是已经连续有6个月以上时间没有从事焊接工作者,不能允许其立刻上课，必须进行重新考试合格之后才能够上岗。焊接变形和焊接质量都会受到焊接人员水平的直接影响。水平高超的焊工在执行线能量范围方面会更加坚决、灵活，也可以大幅度降低焊缝返修次数与数量，从而减少焊接变形[5]。

3 如何有效控制焊接结构件焊接变形

3.1 焊接方法必须合理

在机械制造中，选用较为恰当的焊接方法是极为重要的,若我们选用的焊接方法线能量较低，那么不仅可以大幅度减小焊接塑性压缩区，还可以有效地控制住焊接结构件的焊接变形，目前，无极氩弧焊、手工电焊弧、二氧化碳气体保护焊都能够有效地降低焊接变形量。

3.2 减小变形

3.2.1 减小线能量

焊接接头的波浪变形、角变形、纵弯（纵向收缩）、横向收缩能够通过减小线能量来进行有效地防止,尤其是T形接头的角变形和横向收缩的效果最好。而焊接结构件在焊接过程中，主要是横向焊缝和纵向焊缝。因此，我们在进行焊接结构件的施工过程中，应该重点控制住焊接接头的波浪变形、角变形、纵弯（纵向收缩）、横向收缩，尤其是对于圆度控制而言，波浪变形和角变形是极为主要的[6]。

当线能量处于一定值的时候,我们如果增大板厚δ,那么就会造成收缩变形下降;但是存在一个难题，那就是焊接结构件在焊接过程中必须要焊透,随板厚δ增大，线能量也会随之而增大，也就是焊条金属熔敷量W会增大，从而也会导致收缩变形量增大。另外，我们在实际焊接施工过程中，焊缝是很有可能需要局部返修,一次焊接是很难将焊接结构件焊透，达到我们的要求，这样也会导致板厚δ增大，这样一来，收缩变形量就会不可避免地增大。所以，在设计过程中，我们应该尽量优化、充分考虑到板厚δ。

同时，在机械制造过程中务必要控制好坡口或者根部间隙造成的影响，制作时应该在平台平面度控制在2 mm的专用平台下料开坡口处进行，下料尺寸、钢板画线务必要精确。还要特别注意控制钢板卷制过程中卷板机卷辊轴心线和钢板宽度中心线的垂直度，若事先已经开好纵缝的坡口,那么再开坡口,那么间隙就随之增加，那么必然需要重新修整坡口。若不垂直,那么,容易造成纵缝间隙过大，纵缝的修整工作量过多。

3.2.2 自由收缩

在焊接结构件焊接之前，应该让焊接后收缩变形与结构反变形相互抵消,从而大幅度降低或者消除焊接变形，所以，我们应该先焊纵向焊缝的内侧，然后再进行适当的拼装，让基准圆半径略小于拼装构件的圆半径，两圆在焊接收缩后就会达到基本重合的状态，角变形就会得到较好地消除。值得注意的是，由于板厚、管径各异不同,那么两圆的半径可以由施工实践中的实践经验得出。

3.3 消除变形

目前主要有机械加压矫正变形法和火焰加热矫正变形法能够将已存在的焊接残余变形进行有效地消除，这是经过大量的实践和理论研究得以证实的。

4 结束语

总之，有效地控制焊接结构件焊接变形极为重要，具有极大的经济价值和社会意义，我们在日常生产活动中，应该尽可能地多去完善焊接工艺，从而能够在最大程度上将焊接结构件的焊接变形问题控制住。

[1] 张永兴.大型储罐施工中的焊接变形控制[J].石油工程建设，2002(1)：111-113.

[2] 王贞国.利用焊接线能量控制薄板变形[J].造船技术，1997(2)：154-157.

[3] 黄小荣.大型搅拌槽筒体的焊接工艺[J].有色设备，1998(6)：134-137.

[4] 王涛.不锈钢管箱焊接变形的控制工艺措施[J].焊接技术，2000(2)：100-103.

[5] 冯永祥.目镜头外壳体焊接变形的控制[J].焊接技术，2002(5)：154-157.

[6] 中国机械工程学会焊接学会．焊接手册[M].第3版.北京：机械工业出版社，2008．