焊接结构件焊接变形的控制

王与兵 1 龚国勇 2

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　　摘要：在现代工业生产领域中焊接结构件正越来越受到广泛的运用，对于焊接本身的尺寸精度和型位公差也提出了更高的标准。但是由于焊接的特殊性，焊接变形是无法避免的，如果焊接严重变形会直接影响整个结构件的制作精度和加工效率，同时焊接变形还会造成结构件的内部压力，对整体焊道会造成撕裂和弯曲的危害，从而弱化整个结构件的牢固。 
　　关键词：结构件;焊接;变形;控制 
　　1、前言 
　　焊接结构件制造的技术在我国的工业领域上已经是非常成熟的了，长期以来我国有成千上万的焊接工程师为焊接研究出谋划策，加上党和政府的大力支持，在人力和物力的投入都是十分巨大的，所以在焊接技术这一块，我们取得了显著的成就。在本文中将主要围绕焊接的结构设计、焊接工艺因素以及对焊接变形的控制阐述。 
　　2、焊接變形产生的原理 
　　在我国，焊接是通过电弧热，化学热和物理热等一系列热能将金属材料和焊材融化连接在一起，形成焊接构件接熔池的过程。整个熔池是非常坚固而且容易形成焊缝的，焊接的本质是一个冶金过程。所以当焊接熔池体积小时，它的冷凝速度是很快，因此在焊缝结构容易生产气孔和裂缝。在结构件焊接的特点使得整个焊接过程中，当结构件受热时，周围固定不动的构件无法充分展开，因而在结构件产生压力回笼，导致焊件扭曲变形，这个变形也被称为塑性变形[1]。 
　　3、焊接变形的原因和类型 
　　3.1 扭曲变形 
　　焊接的扭曲变形是因为结构件的焊缝连接处不对称、焊接结构件断面形状无法对称、焊接后背面焊缝收缩导致的变形，主要是因为这3种原因导致的，在有的大的焊接结构件焊接过程中，也有可能会因为焊件的镶入导致的扭曲变形[2]。 
　　3.2收缩变形 
　　焊接过程中如果焊件因为各种燃烧的影响，导致提前缩短，这个现象也被称为收缩变形，同时可以分为正面缩短和反面缩短，只要有燃烧产生热量就会出现焊接收缩变形，基本无法避免。 
　　3.3 波浪变形 
　　在焊接板厚度小于6毫米的焊接过程中，是非常容易出现波浪变形的，整个焊缝收缩的同时，内部的压力是同时向左右两侧扩散，从而形成波浪形状的变形。 
　　3.4 角度变形 
　　在焊接圆筒、球形的焊接结构件中，容易出现角度变形。由于焊接过程中，焊接时沿着焊缝轴线垂直的方向变形，从而会形成凹凸不同的菱角形状，一般是由焊缝表面形状上不对称的焊接收缩导致的。 
　　4、控制焊接变形的主要措施 
　　4.1 焊接结构件设计方面 
　　在焊接过程中，要尽量避免焊缝的数量。在上文中提到减少焊缝的数量有利于减少整体焊接的变形，可以提高焊接结构件的整体强度。但是如果焊接机械条件有限的情况，又要求结构件强度高，那么在焊接过程中产生更多的焊缝就无法避免了。焊缝出现的数量少，在焊接中需要的热量相对也会较少一些，可以节省工时和焊接材料，可以提高焊接效率[3]。 
　　在焊接的同时，也要选择好合适的焊缝尺寸。在整个焊接过程中，要优先考虑对接焊缝，因为对接焊缝的受力情况是最好的，出现的变形也较少，一般来说焊缝尺寸越大，里面填充的焊接材料就越多，在焊接时需要的热量就越大，同时也影响焊缝收缩时的压力，从而造成的结果就是焊接变形了，且焊缝数量多。所以在焊接时就应想好结构件的焊缝尺寸，比如板块较大而且厚的要考虑用叉型坡口。叉型坡口的焊缝数量大约是V字坡口的一半。对于超大板块要采用U型焊接或者双U型焊接，减少整体结构件的焊接变形，也使得焊缝数量减少。 
　　任何焊接都应该合理的选择结构形状和焊缝的位置。合理的焊缝位置可以减少结构件焊接的变形，焊缝减少也可以减少热量的输入。在焊缝整体对称和截面中心轴设计这里，要尽可能的减少焊接量，选择合理的一个厚度位置。 
　　4.2 焊接热量输入 
　　一般来说，焊接热量输入越多，焊接结构件产生的变形几率就越大，所造成的焊缝也就越多。所以在焊接过程中，尽量使用加热面积小，焊接能量集中的焊接工艺，通常情况下要用多层焊接来代替单层焊接，用跳焊和断续焊来代替连续焊接，可以保证焊接质量的同时，也可以减少焊件的热量输入情况，减低能源损耗，并且也可以使得焊接变形的几率变小，大大提高焊接质量[4]。 
　　4.3焊接结构件变形控制 
　　一定要选择争取的焊接工艺顺序，在焊接过程中，焊接结构件变形的形状大小是和其本身的刚性大小乘相反态势的，如果结构件变形大，那么刚性就小，同理反之。但是焊接结构件的刚性不是一开始就逐渐增大的，而是在装配和焊接的过程中慢慢变大的，这也使得结构件的整体刚性是要比零部件的刚性大的，所以焊接工程人员在焊接的时候，焊接工艺的顺序应该是先完成整体装配在进行焊接。如桥梁的拼接，就是要先装配后焊接的工艺，拼接后的桥梁钢筋强度大，刚性较小，可以降低焊接热量的损耗，并且焊接变形的几率也较小。 

　　同时也要考虑到焊接方向的影响，一般先焊接的焊缝容易变形，所以在焊缝同时也要考虑到变形方向的会不会造成结构的刚性产生变化，要优先横向的焊接，再焊接纵向焊接。其次就是刚性固定法。在对大块钢板进行焊接时，因为焊缝收缩情况不一，容易出现角度变形和焊口错位，一般情况下用加码的焊接工艺来控制焊接后的变形。在筒体和底板焊接的时候，也容易出现焊口错位，同理也可以采用加码的焊接工艺来处理。最后就是反变形法，在焊接工艺中反变形发，在通过在焊接钱将焊接装配上一个反变形装置，从而使得焊接后的结构件形成的变形相反，可以达到一个抵消变形的效果。 
　　5、结束语 
　　综上所述可得，焊接过程中，由于焊接结构件的不同，所以在焊接的过程中要考虑到焊接变形，焊接热量的影响，同时也要采取合理的应对方法，比如在焊接变形中可以使用反变形装置，减少整体结构件的变形几率，还可以考虑热量的输入，减少焊缝的数量，同时提高焊接的质量，获得更牢固更加优秀的产品。 
　　参考文献 
　　[1]吴华， 管营. 焊接结构件焊接变形的控制[J]. 轻松学电脑， 2020， 000（001）：P.182-182. 
　　[2]张振庆， 周斌， 代智文. 浅谈焊接结构件焊接变形的控制[J]. 农家科技（下旬刊）， 2020， 000（006）：219. 
　　[3]姜留军. 浅谈钢结构焊接应力、变形的控制[J]. 企业家天地（理论版）， 2020. 
　　[4]赵晶. 浅析如何有效控制钢结构的焊接变形及应力[J]. 中国设备工程.