浅谈构架焊接变形原因及调修方法

李万君 刘大明 刘辉 代志国

在焊接过程中，会不可避免的由于焊接应力导致焊接变形，并且许多焊接结构破坏事故都是由焊接应力及焊接变形所导致的，因此研究焊接结构件变形的原因具有很重要的意义。本文对焊接结构件产生焊接变形的原因进行了分析，阐述了各种类型焊接变形的调修方法。

引言：

碳钢焊接变形对于整个碳钢焊接有着不良的影响，焊接变形严重极有可能会使得碳钢产品出现报废，在严重的情况下，还会产生安全事故，这行对于整个碳钢产品的应用是极为不利的。因此必须找到碳钢焊接变形产生的原因和调修方法，做好预防措施，这样才能够保证整个碳钢焊接工作的顺利开展。

正文：

一、焊接变形的种类

焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形，焊接结构件产生变形主要是由焊接残余应力造成的。其类型有：

（1）收缩变形。由在焊缝方向发生的纵向收缩和垂直于焊缝方向的横向收缩组成。

（2）弯曲变形。①由纵向收缩引起的弯曲变形；②由横向收缩引起的弯曲变形（角变形）。

（3）波浪变形。薄板焊接产生压缩残余应力，使构件出现因压曲形成的波浪变形。

（4）扭曲变形。构件绕自身轴线扭曲。

二、焊接变形的原因

焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。

影响焊接变形的因素很多，但归纳起来主要有材料、结构和工艺3个方面。

2.1材料因素的影响

材料对于焊接变形的影响不仅和焊接材料有关，而且和母材也有关系，材料的热物理性能参数和力学性能参数都对焊接变形的产生过程有重要的影响。其中热物理性能参数的影响主要体现在热传导系数上，一般热传导系数越小，温度梯度越大，焊接变形越显著。力学性能对焊接变形的影响比较复杂，热膨胀系数的影响最为明显，随着热膨胀系数的增加焊接变形相应增加。同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用，一般情况下，随着弹性模量的增大，焊接变形随之减少而较高的屈服极限会引起较高的残余应力，焊接结构存储的变形能量也会因此而增大，从而可能促使脆性断裂，此外，由于塑性应变较小且塑性区范围不大，因而焊接变形得以减少。

2.2结构因素的影响

焊接结构的设计对焊接变形的影响最关鍵，也是最复杂的因素。其总体原则是随拘束度的增加，焊接残余应力增加，而焊接变形则相应减少。结构在焊接变形过程中，工件本身的拘束度是不断变化着的，因此自身为变拘束结构，同时还受到外加拘束的影响。一般情况下复杂结构自身的拘束作用在焊接过程中占据主导地位，而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加，在设计焊接结构时，常需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性，这样做不但增加了装配和焊接工作量，而且在某些区域，如筋板、加强板等，拘束度发生较大的变化，给焊接变形分析与控制带来了一定的难度。因此，在结构设计时针对结构板的厚度及筋板或加强筋的位置数量等进行优化，对减小焊接变形有着十分重要的作用。

2.3工艺因素的影响

焊接工艺对焊接变形的影响方面很多，例如焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊接胎架及夹具的应用等。在各种工艺因素中，焊接顺序对焊接变形的影响较为显著，一般情况下，改变焊接顺序可以改变残余应力的分布及应力状态，减少焊接变形。多层焊以及焊接工艺参数也对焊接变形有十分重要的影响。焊接工作者在长期研究中，总结出一些经验，利用特殊的工艺规范和措施，达到减少焊接残余应力和变形，改善残余应力分布状态的目的。

三、焊接变形的调修

焊接变形的纠正方法可分为机械调修和火焰加热调修两种，它们的实质都是使焊接结构件产生新的变形，以抵消焊接变形。本文重点介绍机械调修方法。

机械矫正是利用机械力使焊件缩短的部分伸长，产生拉伸塑性变形，使之与未收缩或尺寸较长部分相适应而恢复原形或达到所要求的形状，满足技术要求。机械矫正是在常温下完成的，此时应力超过材料的弹性极限值，屈服点和抗拉强度提高，延伸率和断面收缩率减小，因此在变形量不大、材料塑性较好，构件厚度适合、矫正设备可靠的条件下才可采用。机械矫正中变形种类的判定、变形率的计算、矫正量的确定、设备与工具的使用、支点与加压点的选取等对矫正效果的影响尤为重要。

机械矫正依靠支点距离、加压点和加压量来完成。对于两端支撑、中间加压的机械矫正，加压点应在支点间距的1/2 处，其矫正范围是支点之间的部分，因此支点之间的距离应根据变形程度进行调整，见图4a。对于一端加压、中间支承、另一端限止向上位移的机械矫正，其矫正的范围主要是加压点与支点之间的部分，因此支点与限位点之间应有足够的刚度，避免矫正带来不希望的变形，见图4b。

四.结语

大型钢结构制造加工对焊接变形研究是十分重要也是十分必要的，特别是对于轨道车辆转向架的制造而言，根据计算和分析结果采取相应的工艺措施，既能保证焊接结构件的质量，提高生产效率，又可以降低生产成本。

参考文献

[1]《焊接变形的控制与矫正》 机械工业出版社

[2]《怎样防止焊接应力与变形》 机械工业出版社

[3]《钢结构焊接制造》 化学工业出版社

作者简介：李万君；（1968），男，高级技师，中车技能首席专家。

刘大明：（1964），男，高级技师，中车技能专家。

刘辉；（1975），男，高级技师，中车技能专家。

代志国；（1969）男，高级技师，中车技能专家。

（作者单位：吉林省长春市绿园区客车厂东门）