关于不锈钢焊接应力与变形控制分析

李伟达

摘要：随着现代科技的发展，不锈钢新型材料在社会建设中应用的范围越来越广泛。但基于不锈钢焊接技术等方面的因素，使得不锈钢在焊接过程中出现焊接应力控制不好出现变形等情况，对不锈钢焊接件的质量造成了一定的影响。本文笔者就如何有效控制不锈钢焊接应力和变形的措施进行了较为详尽的分析和阐述。

关键词：不锈钢；焊接应力；变形控制；措施

随着社会经济的发展，不锈钢作为新型材料在国内各大产业中的应用越发广泛，比如重型加工设备制造产业，航空航天产业中重要的、比较复杂的部件通常都是由不锈钢构成。所以如何控制不锈钢焊接应力及焊接过程中产生的变形，提升不锈钢焊接质量是我们需要研究的重要问题。一般而言，不锈钢的焊接工艺过程其实就是对不锈钢焊接件局部加热然后再冷却的过程。就目前的不锈钢焊接工艺技术而言，在不锈钢件焊接过程中经常会因不锈钢焊接受热不均导致焊件发生不均匀膨胀和收缩，进而焊件内部产生焊接应力和变形。常见的焊接应力主要有横向应力、纵向应力以及厚度方向应力等。焊接变形有横向收缩变形、纵向收缩变形、波浪变形、扭曲变形、弯曲变形和角变形等。不锈钢部件在焊接过程中存在的恶这些焊接应力和变形对不锈钢产品质量造成的影响较大，应引起注意。下文笔者就如何控制不锈钢焊接应力及变形提出了一些可行性措施，望能够对提高不锈钢焊接质量有一定的参考价值。

1.控制不锈钢焊接应力的方法和措施

当前多数的不锈钢构件行业比较重视不锈钢焊接件的变形问题，而往往忽视不锈钢构件的残余应力问题。部分企业在控制不锈钢构件焊接变形方面通常采用在不锈钢焊接过程中加设卡具或者支撑等方式来提高构件刚性来控制变形，虽然不锈钢构件焊接变形问题得到了一定程度的控制，但也增加了不锈钢焊接应力。如果不锈钢焊接件自身的刚性较大时，会因不锈钢内应力变大导致构件出现裂纹或裂缝。因此如何控制不锈钢焊接应力是提高不锈钢焊接件质量的关键。

目前比较常用的不锈钢焊接应力控制方法主要有以下几种：对钢材强度级别高、焊接点复杂、焊接面积大、焊接拘束力大的不锈钢构件的焊接，一般采用锤击法或者抛丸机除锈的方法来减少残余应力。通过减少焊接层高度和尺寸、降低焊接刚度、合理安排焊接顺序以及减小焊接拘束等方法来最终降低峰值，实现焊接应力均匀分布。

锤击法减少焊接残余应力是指每层焊道焊接完毕后，利用电动锤工具快速地敲打焊接不锈钢件达到不锈钢焊接件产生的塑性变形能够抵消焊缝冷却后所产生的拉应力。可有效防止焊缝冷却后所产生的拉应力过大造成焊接缝处出现裂缝或者裂纹等质量问题。

抛丸机除锈法指的是利用钢丸对不锈钢焊接件的均匀敲打来抵消不锈钢焊接件的焊接应力；降低不锈钢焊接刚度的主要目的是为了保证焊接件能够自由收缩；在不锈钢焊接过程中，对于那些焊接缝较多的焊接件，应根据焊接工艺要求合理安排焊接顺序。进而按照焊接件的形状和焊缝位置逐一进行焊接；一般是先焊接拘束度比较大且不能自由收缩的焊缝，继而焊接拘束度比较小且能够自由收缩的焊缝；先焊接收缩量比较大焊缝，继而焊收缩量比较小焊缝，这是因为拘束度越大的焊缝，其焊接应力也越大，在焊接时应结合实际情况尽可能少地采用刚性固定方法控制应力变形，避免出现焊接拘束度变大，应力增大等问题。

2.控制不锈钢焊接变形的方法和措施

影响不锈钢焊接变形的主要因素有：焊接热输入大小、焊缝截面积大小、焊接形式、焊接方法以及焊接层数等。

焊缝截面积指的是融合线范围内的金属面积，焊缝截面积大小对焊接纵、横向以及角变形影响最大。焊缝在冷却过程中产生的塑性变形量同焊接缝面积成正比，即焊接缝面积越大，焊接缝塑性变形越大；在焊接方法、焊缝截面积以及焊接热输入大小相同的条件下，不锈钢焊接件的接头形式不同，对接焊、角焊以及堆焊对焊接横向、轴向、角变形、弯曲变形的影响也不相同。对接接头如果是采用单层焊方式，板厚上部下部收缩量差别、坡口角度以及焊缝横向收缩都会增大，极易出现焊接角出现变形现象；对接接头采用双层焊方式，板厚上下收缩量差别较小，坡口角度以及焊缝横向收缩、角变形也会减小；

通过上文所述影响不锈钢焊接变形的因素，可通过以下方法和措施进行变形控制。在不锈钢焊接设计时，尽可能地减小焊缝尺寸和焊缝数量；保证焊缝同不锈钢焊接件同构件的中轴线对称，且焊接缝位置尽可能地靠近构件中轴线和避免焊缝过度集中分布；当不锈钢构件焊接缝较多时应科学合理地安排焊接顺序，对于那些长构件的扭曲，可通过提高构件组装精度以及钢板平整度等方式校准间隙和坡口角度；为能够保证腹板翼板纵向变形、焊缝角度变形与构件长度方向一致，应在保证电弧指向或对中准确的基础上采用构件预留长度法来补偿焊缝纵向收缩变形；采用焊前反变形方法来控制焊后的角变形；采用开坡口角对接焊缝来应对型接头板厚较大问题；当双面都能够焊接操作时， 可采用双面对称坡口；当采用多层焊时， 可采用与构件中和轴对称的焊接顺序；优先采用热输入量比较小的二保焊焊接方法，这样才有效减少焊接面积，保证焊缝完整性。

3.结语

总而言之，在不锈钢构件焊接过程中，焊接应力和变形是影响不锈钢构件焊接质量的主要因素。为了能够提高不锈钢构件的焊接质量，保证不锈钢构件在应用过程中功能性能够稳定发挥，需要在不锈钢构件焊接过程中认真分析研究不锈钢焊接应力和变形问题产生的根本原因，进而针对各种导致焊接应力与变形采取措施，最大限度地降低或者消除不锈钢构件焊接后的残余应力和各种变形。

参考文献：

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