薄板焊接变形控制工艺

2015-12-02中国建筑材料工业地质勘查中心四川总队机械厂四川成都610061

江西建材 2015年14期

■晏磊 ■中国建筑材料工业地质勘查中心四川总队机械厂，四川成都 610061

薄板焊接中的变形问题，不是单一因素造成的，应进行综合分析并找出解决措施。在焊接过程当中，把焊接应力和变形控制到最小是薄板焊接中的关键一环，也是难度比较大的一项工作，需要有先进的施工工艺作支撑。

1 薄板焊接中的技术要求

了解焊接技术的人员都知道薄板焊接变形具有多元化、复杂化的特点，也是影响焊接质量的主要因素，控制好薄板焊接变形一直是施工人员不断研究的课题。从历史经验上来看，焊接过程中的焊接变形和焊后残余应力二者之间是紧密联系的，并不是孤立存在的，在同一焊件中，焊接变形和焊后残余应力相辅相成而又相互制约。在实际的焊接施工中，要想把薄板焊接控制在理想的状态，就必须综合考虑理论和实践经验的有效结合，制定严格的施工工艺和采用先进的施工技术进行焊接。如果忽视二者的结合，薄板就会产生较大的凸起，给后期的修理工作带来很大的麻烦，当然施工成本也会相应的增加。因此施工中应熟练掌握焊接应力和变形的机理，合理安排施工工艺，做到理论合乎实际需要。

2 薄板焊接变形的原因分析

2.1 切割方法和切割质量的因素

切割方法包括激光切割和等离子切割等，其中激光切割法更具有优势。这是因为激光切割时热源比较集中，切割速度也快的多，所以切割时具有较小的热作用，其残余应力也就相对较小，不易产生变形。

此外，等离子切割的板边会形成不平整的现象，焊后板子中间会有鼓包情况的出现，相反的是激光切割技术在焊后表面相对比较平整，由此可见，切割的精度和焊接间隙对薄板焊接质量具有很大的影响。

2.2 焊接方法的因素

焊接方法、焊接工艺和焊接程序等直接影响薄板的焊接质量，其中选择焊接方法时需要注意的是生产效力和焊接质量的问题，焊接最好具有高的熔敷效率、尽量少的焊道和尽量小的热输入。从目前情况来看，薄板的激光焊接方法具有很大优势，在很多行业已经得到了大量的应用，估计在不久的将来随着激光焊接技术的不断更新和改造，它的使用范围将会更大，应用面会更加的广泛。

2.3 点固焊工艺的因素

点固焊在施工中对施工程序、焊点距离的要求比较高而且这点非常重要，它直接影响焊接的质量。选择合适的点固焊工艺可以确保焊接间隙、控制焊接变形，要做好这些，就必须充分考虑焊点的数量、尺寸和焊点之间的距离等因素。如果选择了不适合的点固焊工艺，对于焊接前和焊接后的残余应力都会有很大的负面影响，使焊接质量失去保证。对于焊接尺寸的选择也应引起足够的重视，如果选择的尺寸太大，会使焊道背面不能完全熔透，接头的完成性会受到破坏;如果尺寸太小，会使焊接过程中薄板出现开裂问题，使得焊接间隙没有保证。由此可见，只有综合考虑影响点固焊工艺的因素，才能有效控制薄板焊接变形。

2.4 焊接热输入的因素

目前，大家已熟知焊接热输入会使焊接残余应力和变形受到很大变化，为了把焊接应力和变形控制在最小，我们需要在保证焊缝成形不受影响的情况下运用尽可能小的焊接如输入。其中合理的选择焊接电流、焊接电压和焊接速度可以有效控制焊接热输入，如果是TIME 焊，还需把三元或四元保护气体做好合适配比才行。

2.5 薄板厚度的因素

如果钢板相对较厚，在焊接的过程中承受弯曲的性能就比较高，薄板较不易变形。如果钢板相对比较薄，在焊接过程当中不能很好的承受弯曲的压力，极易发生很大变形，对于这种薄板的焊接变形要想控制好比较困难。

3 解决措施

3.1 使用外力限制焊接变形

试想钢板在比较薄的情况下，焊接过程中的弯曲压力很容易让板面发生变形，这时如果能给一外力把钢板固定好，在焊接过程中可以大大降低钢板的变形程度。实践也证明，刚性固定法是控制薄板焊接变形的有效措施，它作为焊前的措施，对后期的施工大有裨益，现已得到广泛采用。其施工原理是使用外力手段强制减小焊后变形，方法是在焊接前把焊件固定起来然后对其进行焊接工作，固定焊件可以增加焊件的刚性，增加其抗弯曲强度，起到减小焊接变形的作用。如果遇到薄板焊接面积较大、焊缝相对较长的情况，可以在焊缝的两侧进行加固，以减小焊接变形的可能。例如T 型梁在焊接时就可以采用刚性固定法来控制T 梁的变形。由于T 型梁焊接时需要从翼缘板一侧开始施焊，在焊接前如果没有固定好就直接进行施焊，那么待焊板冷却后就会出现如图一所示的变形。因此，在焊接之前把T 型梁的翼缘板固定在临时定位板上，在翼缘板的同侧焊上临时防变形板，固定后的T 梁翼缘板焊接时翘起变形的可能性会大大降低，如图二所示。

图一:其中(a)表示焊接前，(b)表示焊接后

图二:其中(a)表示刚性固定侧视图(b)表示刚性固定俯视图

3.2 多名焊工同时进行均布对称施焊

多名焊工同时施焊有很大的优势，不仅仅是提高工作效率的问题，更重要的是对称施焊可以使薄板对称受热，即使是受到应力的影响，由于受热相对均匀，薄板不会发生变形。由于薄板的两侧应力相等，而且中间又有足够的宽度，所以中心板不会发生变形而且越往外焊接效果越好。

3.3 严格控制焊接顺序，分段退焊

这里讲的焊接顺序主要是先焊短焊缝再进行长焊缝的焊接，这样做主要是考虑到薄板的焊接应力。首先说下先焊短焊缝的情况，将短焊缝由内向外进行焊接，可以自由收缩成一整体。照此方法把所有短焊缝进行焊接完毕后，由于自有收缩的作用，基本上没有什么应力作用。然后再将长条由内向外进行连接，也可以利用自有收缩的作用使焊缝自然成型，这样焊接应力非常小，变形也不大。其次，如果先进行长焊缝的焊接，把焊缝周围的板都固定在长缝处，然后焊短焊缝，短焊缝就会收缩，收缩时由于受到长缝的制约不能进行自由收缩，这是的应力就会很大，薄板很容易发生变形。如果是整个薄板都是这样施工下来，薄板的变形程度将会很大，焊接出来的焊件将有可能不能使用，严重时会造成很大的质量事故问题。

分段退焊主要是采用缩小焊接区与整体薄板之间的温差的方法从而达到减少变形的目的。焊接时前一段焊缝冷却后后面的焊缝会给前段焊缝一定的热量，使得后面的焊缝有一次退火的时机，前后的温差会减小，薄板的应力相对较小，变形的可能性也会降低。重复上面的步骤，进行后面的焊接工作。但是这样焊接也有其不可避免的漏洞，比如说分段退焊接头增加了，薄板的美观程度受到影响，但是比起薄板发生变形后再去修理还是具有优势的。需要注意的是，焊接的顺序也是有讲究的，需要按照由内向外的顺序进行焊接。先焊接靠近中心的缝隙，再一次向外进行焊接。这是因为在两板进行焊接时会有横向收缩和纵向收缩，因其内部是封闭的，外部相对自由，如果由内向外进行焊接，可以使焊缝的横向和纵向得到自由收缩，减小了应力，薄板不易变形。相反的情况，如果先焊外面的焊缝，自由端被固定住了，等到进行中心焊缝的焊接时，中心的横向、纵向受到限制，不能进行自有收缩，这是的应力会很大，薄板的变形也会很大。