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）