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1、焊接构件变形的控制摘要 焊接变形不仅会影响结构的外形尺寸和精度，使矫形工作量增加，提高制造成本，而且还会降低结构的承载能力。本文针对焊接变形的种类及产生原因，详尽地阐述了预先防止、控制产生焊接变形的措施，以便在实际工作中将应力和变形控制在最小程度，保证焊接结构的质量，提高生产效率。关键词 焊接变形；预防与控制随着焊接技术的迅猛发展，以焊代铸、以焊代铆的结构逐年增加，在发挥焊接优势的同时，焊接构件也存在自身不足，即构件焊后均会产生不同程度的变形，如果变形超过了允许数值，需要进行反复校正，方能达到使用要求，这样浪费了很大工时成本, 并影响生产进度。有的构件经反复校正无效报废，从而造成很大损失。因此
2、在实际生产中，应该首先了解产生焊接变形的原因及影响因素，然后采取必要措施，进行预先防止和有效控制。1 焊接变形产生的原因焊接变形是由焊接时不均匀加热引起的，热源只集中在焊接部位，且以一定速度向前移动，局部受热金属的膨胀能引起整个焊件发生平面内或平面外的各种形态的变形。确切地说是焊件焊后残存于结构中的残余变形, 它与焊件的形状尺寸、材料的热物理性能及加热条件等因素有关。2 焊接变形分类2.1 构件焊后在焊缝方向上发生的收缩纵向收缩变形。纵向收缩量随焊缝长度的增加而增加，断续焊缝比连续焊缝的收缩量要小。2.2 构件焊后在垂直焊缝方向发生的收缩横向收缩变形。角焊缝的横向收缩比对接焊缝的横向收缩小。2
3、.3 构件焊后的平面围绕焊缝产生的角位移角变形，在堆焊、对接、搭接和丁字接头的焊接时，往往会产生角变形。2.4 构件焊后整体发生的弯曲弯曲变形，它是在焊接方向上的偏心收缩。2.5 波浪变形是一种失稳变形，主要出现在薄板焊接结构中，产生原因是由于焊接产生的压缩残余应力，使板件出现因压曲形成的波浪变形。这不但严重影响了产品的外观，而且降低了构件的承载能力。2.6 扭曲变形是构件焊后发生的螺旋变形，是因细长杆件纵向焊缝的横向不均匀或备料与组装质量不良，使构件绕自身轴线扭转而产生的。施焊工艺不当，也会造成难于矫正的扭曲变形。另外，装配之后焊接之前的工件位置、尺寸不符合图纸要求，或因构件歪扭也会增加扭曲
4、变形的可能性。2.7 构件的一部分相对另一部分发生回转回转变形。2.8 在焊接过程中，两焊件的热膨胀不一致，可能引起长度方向上的错边和厚度方向上的错边叫错边变形。3 影响焊接结构变形的因素各种影响焊接变形的因素并不是孤立起作用，而是共同起作用，其中焊后焊缝的纵向收缩和横向收缩是引起各种变形和应力的根本原因。同时焊缝的收缩还和焊缝在结构上的位置、焊接顺序和焊接方向等因素有关。主要包括：3.1 焊缝在结构中的位置对变形的影响，不同的焊缝位置焊后所引起的变形不同。坡口角度、接头型式对结构变形都有一定影响。3.2 结构的刚性对焊接变形的影响，受到同样大小的力，刚性大的结构变形小。结构抵抗拉伸的刚性，主
5、要是决定于结构截面积的大小，截面积越大，结构抵抗拉伸的刚性就越大，变形就越小。结构抵抗弯曲变形的刚性主要看结构的截面积形状和尺寸的大小，对于短而粗的焊接结构，抗弯刚性大，细而长的构件，抗弯刚性小。结构抵抗扭曲的刚性除决定于结构尺寸大小外，最主要的是结构截面形状, 如结构截面是封闭的，则抗扭曲变形能力就较强，不封闭的则抗扭能力弱。3.3 装配和焊接顺序影响结构变形。同样一个焊接构件，采用不同的装配、焊接顺序，焊后产生的变形不一样。3.4 焊接材料的线膨胀系数越大，焊后收缩变形也就越大。如不锈钢及铝的焊接变形比碳钢要大。3.5 焊接方法的影响，焊接过程中，焊件受热越多，金属受热的体积越大, 焊件扭
6、曲和变形越严重。如气焊比手工电弧焊变形大，而手工弧焊比气保焊变形严重。3.6 焊接规范也是影响焊接变形的主要因素，变形是随着焊接电流的增加而增加，焊条直径的增大而增大。同时，变形随着焊接速度的增加而减小。3.7 不同的焊接方向会使焊接结构产生不同的变形情况，这不仅是因为在焊接过程中沿焊缝方向上热量分布不均匀，主要是由于焊缝冷却有先后，在膨胀、收缩过程中受到约束程度不同而引起的。因此对于长直焊缝，采用焊前沿焊缝进行点固，并将长焊缝改为用不同方向的短焊缝的连接方法来减少焊后变形。3.8 焊接结构的自重和形状的影响，对于自重较大或形状较长的焊件，要在焊接时给予支撑，以免由于自重而增大变形。另外，焊缝
7、间隙过大，坡口角度过大等都会增加变形量。3.9 错边一种是因装配不当造成，另一种是焊接过程中对接边的热不平衡导致。其原理是不对称的温度场和刚度往往使焊缝两边产生不同的径向位移。错边对于焊接接头的强度有较大影响，也是一种应该引起重视的变形。4 预防焊接变形的措施焊接残余变形可从设计和工艺两方面来解决。设计上如果考虑周到，注意减少焊接变形，往往比单纯从工艺上来解决问题方便得多。相反，如果设计考虑不周，往往给生产带来许多额外工序，大大延长生产周期，提高产品成本。因此，除了研究工艺措施外，还必须重视设计措施。4.1 设计控制措施4.1.1 选择最小的焊缝尺寸，在保证结构有足够承载能力的前提下，应采用尽
8、量小的焊缝尺寸，不合理的加大焊缝尺寸，在角焊缝上表现得尤为突出，一般角焊缝往往受力不大，因此在保证焊接质量的前提下，按板厚选取工艺上可能的最小焊缝尺寸。在薄板结构中，采用接触点焊来代替熔化焊，用断续焊缝代替直通焊缝，可减少变形，节省焊后校正工作量。4.1.2 尽可能减少焊缝长度和数量，适当选择壁板的厚度，可减少筋板的数量。4.1.3 避免焊缝过于集中，焊缝应交错布置，避免交叉焊缝，焊缝间应尽量保持足够的距离。4.1.4 采用刚性较小的接头型式，尽量减少焊缝的截面尺寸，用双V形坡口代替V形坡口，熔敷金属数量减少, 且焊缝厚度方向对称，收缩一致，可减少焊接变形。角焊缝引起的焊接变形较大，所以要尽量
9、减少角焊缝的焊脚尺寸。当钢板较厚时，开坡口的焊缝比角焊缝的熔敷金属量小，板厚不同时，坡口应开在薄板上。4.1.5 尽量选用对称的构件截面和焊缝位置，焊缝对称于构件截面中性轴, 或使焊缝接近中性轴，可减少弯曲变形。4.1.6 适当选取冲压结构，以减少焊接量。如选择轧制的型材、锻件、铸件和钣金成形件构成最佳焊接结构。4.1.7 要考虑在焊接结构生产时，有使用装焊夹具的可能性。4.2 工艺措施4.2.1 利用合理的装配、焊接顺序控制焊接变形。在各种可能的装配顺序中，总可以找出一个引起焊接变形最小的方案。要选出变形最小的装配焊接顺序，必须先弄清每一条焊缝所引起构件变形的大小和方向，这样才可以使各条焊缝
10、引起的变形相互抵消。对于简单结构，尽可能做到整体装配好后进行焊接，对于复杂结构可以适当地分成部件，分别装配焊接，部件经校正满足图纸尺寸要求后，然后再拼焊成整体。4.2.2 合理地安排焊接顺序和方向，尽量使每条焊缝能自由收缩。多种焊缝时，应先焊收缩量大的焊缝，长焊缝应从中间向两头焊，避免从两头向中间焊。对称的结构，一定要对称施焊。焊缝分布不对称的焊道，要先焊焊缝少的一侧。当焊缝较长时，采用分段焊，并配合合适的焊接方向，以使焊接变形减小或抵消。多层焊能够翻转的焊接结构，要多次翻转施焊。对于不对称的焊接结构，要利用调整焊接顺序来控制焊接变形。4.2.3 减少焊接量，在保证焊缝强度的前提下尽量减少焊缝
11、截面尺寸，不受力的焊缝尽量采用间断焊而不用连续焊，在下料时，不应单纯为提高材料的利用率而增加不必要的拼接焊缝。4.2.4 反变形法，为了抵消焊接变形, 在焊前进行装配时，按照事先估计好的焊接变形的大小和方向，在装配时预加一个相反的变形，使其与焊接产生的变形相抵消。反变形法必须控制准确，因此有一定的局限性，如条件允许，可用试验方法得出预制反变形量的大小。4.2.5 刚性固定法，焊前加强焊件的刚性，可以减少焊接变形。增加刚性的方法有：用简单的夹具或支撑；采用专用胎具；临时固定在刚性工作台上。焊接薄板时，也可采用在焊缝两侧一定距离处适当宽度上加热，使焊缝拉伸，从而减少压缩塑性变形，而消除波浪变形。利
12、用刚性固定法配合反变形控制变形效果更好。4.2.6 锤击焊缝，利用圆头小锤锤击焊缝，使焊缝金属延展，抵消一些焊缝的收缩，以减少某些接头的焊接变形。锤击力要适度，过度会开裂，一般以表面层获得延展即可。脆性材料锤击宜少不宜多，一般不锤击第一层和表面层，避免金属表面冷作硬化。4.2.7 散热法，也叫强迫冷却法，就是将焊接处的热量迅速散走，缩小焊接热分布，以达到减少变形的目的。4.2.8 合理地选择焊接方法和规范，选用线能量较低的焊接方法。如用二氧化碳气保焊代替手工电弧焊，不但效率高，而且可以减少薄板结构的变形。焊缝不对称的构件，可通过采取选用不同焊接工艺参数，在没有反变形或夹具的条件下，控制弯曲变形。4.2.9 预拉伸法，这种方法多用于薄板平面构件。这种方法是在焊前将薄板用机械方法拉伸或用加热方法使之伸长，然后再与其他构件装配焊接在一起。4.2.10 热平衡法，当焊接某些细长构件时，由于焊缝与截面的中性轴不重合，故焊缝的纵向收缩会引起构件的弯曲变形，如果在与焊缝的对称位置，用气体火焰与焊接同步加热，使加热区和焊缝产生同样的膨胀变形，焊后与其保持一致收缩，则可以防止弯曲变形。5 结束语在实际生产中，分析焊接结构变形时，要考虑各种影响因素，以便制定出较合理的预防和减少焊接变形的措施，保证产品质量，减少不必要的校正成本，避免焊接构件报废，提高经济效益。
