薄板焊接变形产生的原因及控制

薄板焊接变形产生的原因及控制
第一篇：薄板焊接变形产生的原因及控制
薄板焊接变形产生的原因及控制
[摘要]焊接变形产生的根本原因就是焊件在焊接过程中经受了不均匀的加热及冷却，但由于不均匀的温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。

由于焊接热源对焊件的作用，在焊接结构中产生的尺寸及形状的变化，从而严重的影响了焊接质量。

对薄板焊接变形产生的原因进行了论述，同时介绍了控制变形的工艺措施。

[关键词]薄板焊接焊接应力与变形焊接变形控制措施
一、薄板焊接变形产生的原因及影响因素
薄板产生焊接变形的原因有很多，主要是由于自身的拘束能力不足，刚性小，抵抗弯曲变形的性能降低。

薄板焊接变形具有复杂性、多元性，要成功实现薄板焊接变形的控制，必须了解薄板焊接变形质量影响因素。

因此，为控制变形应采取附加措施，如点固焊、焊后处理等，另外在焊接过程中对焊接热输入的控制以及所采取的焊接方法都将对薄板变形产生影响，要成功实现薄板焊接变形的控制，首先要了解薄板的焊接变形产生的原因，才能有效的控制焊接变形。

（一）焊接方法对焊接变形的影响
选择焊接方法需要考虑的是生产效率和焊接质量，而焊接方法、焊接工艺和焊接程序显著影响了焊接变形，因此所采用的焊接方法必须具有高的熔敷效率和尽量少的焊道，还必须具有小的热输入。

通常用于船体焊接的方法有单面埋弧焊、双面埋弧焊、药芯焊丝电弧焊、惰性气体保护焊、活性气体保护焊等。

目前薄板的激光焊拼焊在汽车工业中得到大量应用，用于舰船的激光焊已经开始在国外的某些大型船厂进行试验研究，估计不久的将来会得到实际应用。

（二）点固焊工艺对焊接变形的影响
电弧点焊不仅能保证焊接间隙而且具有一定的抗变形能力，但是要考虑点固焊焊点的数量、尺寸以及焊点间距。

对于薄板变形来说，
不适当的点固焊工艺有可能在焊接之前就产生相当大的焊接残余应力，对随后的焊接残余应力积累带来影响。

点焊尺寸过小，可能导致焊接过程中产生接头开裂使焊接间隙得不到保证，如果过大，可能导致焊道背面未熔透而影响接头的完整性。

点固焊的顺序、焊点间距的合理选择也相当重要，其影响结果在许多文献中都有描述。

（三）装配应力及焊接程序的影响
应尽量减少焊接装配过程中引起的应力，如果该应力超过临界变形应力就可能产生变形。

（四）焊接尺寸对焊接残余应力的影响
焊接过程中的局部高温加热和快速冷却在焊缝及近缝区的母材内产生热应变和压缩塑形应变，进而引起内应力，最终导致构件的纵向挠曲变形和角变形等。

当接头形式和焊板尺寸、材料一定时，纵向挠曲变形和挠度与总的纵向收缩应力相关，与焊缝金属断面面积成正比。

（五）焊接热输入对薄板焊接变形的影响
焊接热输入对焊接残余应力和变形有很大的影响，所以在保证焊缝成形良好的情况下，尽可能采用小的焊接热输入。

从而保证焊接应力和较小的焊接变形。

（六）板厚对焊接变形的影响
随着板厚的减小，抵抗弯曲变形的性能降低，这也是薄板焊接变形控制困难的主要原因。

二、控制变形的工艺措施
（一）焊前控制措施
（1）刚性固定法。

采用设计合理的组对焊胎夹具，将焊件固定起来进行焊接，增加其刚性，达到减小焊接变形的目的，保证装配的几何尺寸。

当薄板面积较大，焊缝教长时，可采用压铁法，分别放在焊缝两侧来减小焊接变形。

（2）焊接间隙，焊件间隙不能过大，越小越好，最多不超过0.5mm，切割熔渣与剪切毛刺应清理干净，以减少焊接变形。

（3）焊接之前应采用较小直径的焊条（如E4303、直径2.5mm）进行点焊（定位焊），可增加焊件刚性，对减少焊件变形有利。

（二）焊接过程中的控制措施
焊接过程中可以从以下两个方面调整薄板结构的焊接变形。

一是减少加热阶段产生的纵向塑性压应变。

二是增大冷却阶段的纵向塑性拉应变，在焊接过程中使用相应夹具、强迫冷却焊接区、减少焊接热输入或采用温差拉伸等方法可以减小变形，在一定程度可降低残余应力，但很难做到消除变形或定量控制残余应力水平，因为这些方法未能从根本上解决薄板构建焊接变形的特殊问题――主要是焊接过程中产生失稳变形。

（三）焊后控制措施
采用多点加热的方法矫正薄板焊后的凹凸变形，加热点直径一般不小于15mm。

加热时，点与点的距离应随变形量的大小而定，一般在50―100mm之间。

根据焊后热处理消除残余应力机制，通过对缝隙试样、板条及板块试样强制变形焊接后再进行热处理，可防止薄板焊接构件的焊后回弹变形，稳定构件尺寸。

三、结论
综上所述，薄板焊接变形与控制具有以下特点：
1.薄板焊接变形具有复杂性、多元性，从而严重影响了焊接质量，是国内外薄板焊接的一个技术难题。

2.要成功实现薄板焊接变形的控制，必须进行薄板焊接变形影响因素的研究及控制焊接变形措施的研究。

3.虽然国内外对薄板焊接变形的预测与控制进行了大量研究，但是由于焊接变形控制的难度比较大，所以许多基础理论及解决办法还未搞清楚，所以有必要继续对这一焊接难题进行研究，为缩短与国外技术的差距奠定基础。

（作者单位：中原油田采油一厂河南省濮阳市）
第二篇：如何控制焊接变形
大型复杂结构件焊接工艺措施
随着焊接技术的发展，尤其是焊接设备的更新换代，焊接辅材的丰富，焊接母材含碳量的有效控制，合金元素的增多，材料强度级别大幅的提高，使许多低合金高强度钢的可焊性越来越好，大型复杂结
构件的制作难度大幅降低，从而为大型结构件的设计，通过合适的焊接工艺措施，把设计模型变为实物而成为现实。

对于大型结构件制作来说，最常见的就是两大问题：一是焊接变形；二是焊接裂纹。

下面从焊接工艺方面说明如何解决上述两大问题。

焊接变形是大型结构件最关键也是最难控制的问题之一，大型结构件一旦产生超出控制量的变形，是很难校正的，不但会造成极大的直接经济损失，同时也极大地影响制作周期，我们通常采取如下工艺措施对变形进行控制：
1.母材（钢板）选用控制：选用大钢厂的材料，因为大钢厂设备先进，注重轧制工艺，热处理工艺规范到位，板材平展，内应力小，既能保证机械性能，也能保证化学成分的稳定。

2.备料变形控制：采用对称备料，减少热量集中引起的热应力变形，控制平弯，侧弯，扭曲变形。

对于厚板采用钻孔分段切割，对于由热切割引起的不可避免的变形，则通过机械校平直，为总装作准备。

3.装配方式控制：对于超大型结构件，首先应根据整体结构，分析容易产生变形的焊接应力区，对这些应力区通常采取“化整为零”的方法，也就是将整体细化成相对“独立”的小单元，分单元组装，局部施焊，让整体焊接应力产生在小单元中，这些小单元不但能更容易地进行机械或热校平，还能在总装发挥小单元时进行整体变形的有效控制。

4.施焊方式控制：通过分析大型结构件结构特性，确定中性线，制定合理的焊接工序，能用对称焊的采用对称焊。

对于截面较大的焊缝，采用多层多道多次填满。

对于截面突变的大型结构件，在截面附近的焊缝，要特别注意控制焊接规范，通过控制焊接规范调节工件变形，也就是朝着我们需要控制的方向变，这种方法在横梁类结构件中取得了很好的效果。

5.反变形法控制：在分析基本应力分布情况及主焊缝位置关系后，对厚板件，尤其是锻造导轨件采用反变形的方法效果显著。

如：CKX52125X60/400-M13350 横梁的制作就是很成功的例子，横梁总长17630，其截面最大尺寸2000X1300，总重51.7吨，导轨总长
17630，导轨截面尺寸240X310，将此导轨沿中心轴线反变形约15mm，总装焊接完成后，经检查，其导轨平直度在8mm以下，完全能够满足加工要求（加工余量为15mm）。

6.焖火控制：最后一道控制变形的方法就是焖火过程中控制，具体方法就是对已经变形打不到加工要求的件，根据变形情况，垫好支点，上部适当位加压，并控制合适的焖火温度，这比较适合截面和长度比较小的结构件。

对于大型结构件来说，裂纹是较易出现的一种焊接缺陷，并且裂纹是一种致命的缺陷，对重型结构件来讲是要严格控制的，产生裂纹通常有几大因素，一是结构件本身具有刚性决定的拘束度（R），二是由化学成分决定的综合指标碳当量（对于一般材料来说主要是碳的含量），三是焊接母材、焊接辅材及环境影响决定焊缝氢的含量，含氢量过大易产生氢致延迟裂纹。

通常来说，重型结构件的R都是比较大的，因此由焊接应力引起的（刚性）裂纹是很大的。

为了避免由上述因素引起的裂纹，在实际制作中我们采取了如下控制措施：
1.为了减少氢致延迟裂纹的影响，首先选择优质焊接材料（对于关键焊缝，焊丝与母材化学成分应匹配），并妥善存放，随用随取，开包后不宜放置时间过长，其次焊缝周围去锈要彻底，对于气割坡口，表面氧化物要清理干净等。

2.结构选材一经确定，该件的可焊性就决定了，建议设计时不要选用含碳量较高的材料。

3.对于碳当量较大的母材，采焊前预热、焊后保温，控制工件冷却过快和焊缝位置出现淬硬倾向，控制易裂组织（马氏体）的产生。

重型机床结构件除了从焊接工艺角度控制焊接变形和焊接裂纹除外，设计在考虑满足重型机床结构件强度、刚度和局部硬度的前提下，也应该重点考虑正确选用材料，结构施工空间。

武重铸锻公司金结厂
第三篇：焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结
焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结
摘要：焊接应力是焊接构件产生裂纹和变形的主要因素，对焊接质量影响较大。

因此，理解和掌握焊接残余应力的产生原因及控制方法，就显的非常重要。

本文对焊接残余应力的产生对结构的影响、焊接残余应力的预防及焊接残余应力的消除方法，进行了全面的归纳和总结，为学生能更好地理解和掌握焊接残余应力的相关知识，起到了一定的帮助作用
关键词：焊接应力产生原因控制方法焊件在焊接过程中，由于受到了不均匀的局部加热和冷却，使焊件产生了不均匀的体积膨胀和收缩，导致焊件内部产生了焊接残余应力，而焊接残余应力又是产生裂纹和变形的主要因素。

因此，为让学生能够真正理解和掌握焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力对焊件产生的影响及如何减少和消除焊接残余应力等内容，帮助学生为今后从事焊接工作打下良好的理论基础。

下面就焊接残余应力的相关知识，进行归纳和总结。

一、焊接残余应力的产生
1、焊件在焊接过程中，其焊缝高温区的膨胀受到了周边低温区的限制与挤压，使高温区域产生局部压缩塑性变形，当焊件在冷却过程中，受到局部压缩产生塑性变形的金属由于不能自由收缩，而受到低温区的拉伸，这时，焊件中就产生了一个与焊件加热时产生的应力方向相反的应力，即焊接残余应力，又称温度应力。

2、焊缝在高温向低温的冷却过程中，焊缝金属会发生二次相变，这种二次相变，会引起金属材料组织的变化，从而产生体积的变化，在焊接接头区域产生了应力，又称相变应力。

3、在焊接过程中，如对焊件采用刚性固定，那么，焊接后焊件变形减少，但应力却增加。

反之，要使焊件残余应力减少，其变形量就要有一定的增加。

但焊接应力与变形在一定条件下，都将影响到焊件的质量。

所以，应力和变形要合理控制好。

4、焊接材料的屈服强度、导热系数、线膨胀系数、密度、比热容、焊件的形状与尺寸、焊接方法和焊接工艺等因素，对焊接残余应力的分布和大小都将产生较大的影响。

二、焊接残余应力对焊件结构产生的影响
1、对焊件结构刚度产生的影响当焊件某个区域所受的应力达到屈服点时，这一区域部分的金属材料就会产生局部塑性变形，无法再承受外载荷，从而导致焊接结构的有效截面减少，使焊接结构的刚度降低。

1）焊件中的拉伸应力区域越大，对焊接结构刚度的影响也越大。

当卸载后，焊件残余变形也就越大。

2）焊件的结构受到弯曲时，如果焊缝所在区域的弯曲应力越大，则对焊件的刚度影响也越大。

3）当焊件的结构上，同时存在纵向焊缝和横向焊缝，或对焊件进行火焰校正时，都有可能在相当大的截面上产生拉伸应力，会对焊件的尺寸精度和焊件的稳定性产生较大的影响。

2、对焊件静载强度产生的影响对焊件静载强度的影响，主要取决于焊件材料。

如焊接材料具有一定的塑性变形能力，则焊接残余应力并不会影响焊接结构的静载强度。

当焊接材料处于脆性状态时，则有可能会使焊件局部区域在应力作用下，产生断裂现象，导致焊件结构的破坏。

3、对疲劳强度产生的影响。

焊接构件的疲劳强度在焊件的应力集中处受到拉伸应力时会降低，因此，我们要从焊件的设计和工艺两方面来考虑降低应力集中系数，从而降低焊接残余应力对疲劳强度的影响程度。

4、对焊件加工精度和尺寸稳定性的影响。

随着机械加工中残余应力的平衡状态被破坏，将会使焊件产生新的变形，最终导致加工精度下降。

另外，焊后组织的不稳定及稳定组织在温度升高时，都会使焊接残余应力产生较大的变化，导致焊件尺寸稳定性的下降。

5、对应力腐蚀开裂产生的影响。

焊接残余应力的大小，直接影响应力腐蚀开裂的时间，焊接残余应力越大，焊件发生应力腐蚀的时间就越短。

三、焊接残余应力的减小和消除
1、焊接残余应力的减小措施。

减少焊接残余应力和改善残余应力分布可以从设计和工艺两个方面来考虑解决。

并且，要采取设计优先
的原则，使减小焊接应力的措施，达到事半功倍的作用。

1）设计措施。

（1）在保证焊件结构强度的前提下，可适量采用冲压结构，以减少焊接结构。

尽量减少焊件焊缝的数量和截面尺寸。

同时，焊缝不要过于集中，以防局部区域的热输入过大，尽量减少焊接残余应力的产生。

（2）焊缝要尽量布置在最大工作应力区以外，防止焊接残余应力与外部载荷产生的应力叠加，影响结构的承载能力。

并尽量防止焊缝过于集中、交叉，保持较好的焊接操作性。

（3）采用降低局部刚度的方法和合理的接头形式，使焊缝能较自由的收缩，减少焊接接头产生应力集中现象。

（4）采取热输入较小和能量密度集中的焊接方法来减小焊接残余应力。

如氩弧焊与离子弧焊等。

2）工艺措施（1）在焊接过程中，要先焊错开的短焊缝、收缩量较大的焊缝和受力较大的焊缝。

同时，根据不同的焊件结构采取相应的焊接顺序，这样才能使焊缝有较大的收缩自由，保证焊缝中的残余应力尽可能减少，并要保证焊件的焊接残余应力的分布要合理。

（2）在焊接拘束度较大的焊缝时，要注意降低焊缝的拘束度。

例如，可采用反变形法来降低焊件的局部刚度，减少了焊缝拘束应力。

（3）采用合理的焊接工艺参数及合适的加工方法。

如选用小直径焊丝、采用较小的焊接电流及提高焊接速度等方法来控制焊接热输入，也可采用预热、加热减应区及捶击等方法，来减少焊缝的焊接残余应力。

2、焊接残余应力的消除措施对易发生脆性断裂危险的截面、重要的压力容器和要保证尺寸精度、加工精度及刚度的结构，一定要进行消除应力处理。

具体方法如下：
1）焊件热处理热处理包括焊件整体高温回火和焊件局部高温回火。

它是把焊件整体或局部加热至600~650℃，保温后缓慢冷却，因加热温度在相变点以下，金属组织末发生变化，只是其屈服点降低了，使内部在残余应力作用下产生一定的塑性变形，使应力得以消除。

值的注意的是，整体加热要注意保温时间，局部加热要保证有足够的加热宽度。

2）机械拉伸法对焊件施加载荷，使焊件压缩变形区域被拉伸，这样，可减少由焊接引起的局部压缩塑性变形的量，使焊接残余应力降
低。

值的注意的是对焊件施加载荷的方向要确定。

3）温差拉伸法对较规则焊缝和厚度不大的板壳结构，可采用温差拉伸法。

目的是对有压应力的焊缝进行拉伸，从而消除或降低焊接残余应力。

4）振动法对一些重要的结构简单的焊件，可对其在固有频率下进行振动处理，以消除焊件内的残余应力。

此种方法应用较广。

四、结束语：焊接残余应力在焊接过程中极易产生，它对焊件的质量危害较大，造成焊件疲劳强度降低，加工精度和稳定性降低，减少了焊件的使用寿命。

所以，预防和控制焊接残余应力非常重要，相信通过对焊接残余应力的产生原因、控制方法和消除方法进行分析和总结，一定会对学生理解和掌握本章内容，起到了积极的帮助作用，为学生今后从事焊接工作打下良好的理论基础。

参考文献
[1]吴金杰焊接工程师专业技能入门与精通[M]北京：机械工业出版社 2009.6
第四篇：手工电弧焊焊接产生气孔的原因
手工电弧焊焊接产生气孔跟踪分析报告
轻钢装配车间张运平反馈，员工在使用焊条电弧焊装配及修补时，经常出现气孔，现就反映的问题进行跟踪分析并提供解决措施：
一、手工电弧焊焊接产生气孔的原因：
（1）焊条未经过烘干，便进行焊接。

且焊条拆开后焊条要一段时间才能用完，造成焊条潮湿。

（2）焊条及待焊处母材表面的水分、油污、氧化物, 尤其是铁锈, 焊接高温作用下分解出气体。

（照片如下：）
（3）焊接速度太快。

（4）电流过大，易产生气孔。

二、解决措施
（1）焊条使用前必须烘干（烘干温度：350°C、烘干时间：1.5h）。

（2）焊接前清理待焊处母材表面20mm处水分、油污、氧化物,铁锈。

（3）降低焊接速度，使内部气体容易逸出。

（4）焊条直径为φ3.2、焊接电流为90-100A；
焊条直径为φ4.0、焊接电流为140-160A。

三、先按以上方法做，若电弧焊焊接出现气孔，再讨论是否购买保温筒。

四、经过2周的跟踪及员工反馈，产生气孔的原因主要是个人操作技能问题。

目前跟踪也未发现点焊及修补打磨焊接时产生气孔。

工艺科
2012-3-2
第五篇：CO2焊接时气孔的产生原因及分类
CO2电弧焊时，由于熔池表面没有熔渣盖覆，CO2气流又有较强的冷却作用，因而熔池金属凝固比较快，但其中气体来不及逸出时，就容易在焊缝中产生气孔。

可能产生的气孔主要有3种：一氧化碳气孔、氢气孔和氮气孔。

一、一氧化碳气孔产生CO气孔的原因，主要是熔池中的FeO和C发生如下的还原反应：FeO+C==Fe+CO，该反应在熔池处于结晶温度时，进行得比较剧烈，由于这时熔池已开始凝固，CO气体不易逸出，于是在焊缝中形成CO气孔。

如果焊丝中含有足够的脱氧元素Si和Mn，以及限制焊丝中的含碳量，就可以抑制上述的还原反应，有效地防止CO气孔的产生。

所以CO2电弧焊中，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的可能性是很小的。

二、氢气孔
如果熔池在高温时溶入了大量氢气，在结晶过程中又不能充分排出，则留在焊缝金属中形成气孔。

电弧区的氢主要来自焊丝、工件表面的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分。

油污为碳氢化合物，铁锈中含有结晶水，它们在电弧高温下都能分解出氢气。

减少熔池中氢的溶解量，不仅可防止氢气孔，而且可提高焊缝金属的塑性。

所以，一方面焊前要适当清除工件和焊丝表面的油污及铁锈，另一方面应尽可能使用含水分低的CO2气体。

CO2气体中的水分常常是引起氢气孔的主要原因。

另外，氢是以离子形态溶解于熔池的。

直流反极性时，熔池为负极，它发射大量电子，使熔池表面的氢离子又复合为原子，因而减少了进入熔池的氢离子的数量。

所以直流反极性时，焊缝中含氢量为正
极性时的1/3～1/5，产生氢气孔的倾向也比正极性时小。

三、氮气孔
氮气的来源：一是空气侵入焊接区；二是CO2气体不纯。

试验表明：在短路过渡时CO2气体中加入φ（N2）=3%的氮气，射流过渡时CO2气体中加入φ（N2）=4%的氮气，仍不会产生氮气孔。

而正常气体中含氮气很少，φ（N2）≤1%。

由上述可推断，由于CO2气体不纯引起氮气孔的可能性不大，焊缝中产生氮气孔的主要原因是保护气层遭到破坏，大量空气侵入焊接区所致。

造成保护气层失效的因素有：过小的CO2气体流量；喷嘴被飞溅物部分堵塞；喷嘴与工件的距离过大，以及焊接场地有侧向风等。

因此，适当增加CO2保护气体流量，保证气路畅通和气层的稳定、可靠，是防止焊缝中氮气孔的关键。

另外，工艺因素对气孔的产生也有影响。

电弧电压越高，空气侵入的可能性越大，就越可能产生气孔。

焊接速度主要影响熔池的结晶速度。

焊接速度慢，熔池结晶也慢，气体容易逸出；焊接速度快，熔池结晶快，则气体不易排出，易产生气孔。

CO2气体保护焊中产生气孔的原因及对策
发布日期：2012-12-06 来源：《现代焊接》作者：邓才智浏览次数：2247 摘要：气孔是焊接过程中常见的缺陷，将严重影响焊缝的力学性能。

本文分析了CO2气保焊气孔产生的种类、危害性及影响因素，探讨了预防气孔产生的工艺措施。

实践证明，采用合理的焊接工艺将有效控制气孔缺陷，获得满意的焊缝质量。

摘要：气孔是焊接过程中常见的缺陷，将严重影响焊缝的力学性能。

本文分析了CO2气保焊气孔产生的种类、危害性及影响因素，探讨了预防气孔产生的工艺措施。

实践证明，采用合理的焊接工艺将有效控制气孔缺陷，获得满意的焊缝质量。

关键词：CO2气体保护焊；气孔；预防前言
CO2气体保护焊是指利用CO2作为保护气体，以焊丝和焊件之间产生的电弧来熔化被焊金属的熔化极半自动电弧焊，与手工电弧焊相比，CO2气体保护焊具有生产效率高、焊接变形小、操作简单，适用。