焊接变形的影响因素与控制措施探究

苗利龙

摘 要：作为一种重要的工业制造手段，焊接在我国工业化进程当中发挥了十分重要的作用，是各种复杂结构件安装和加工的基础方法。由于焊接是在金属局部进行加热和冷却，在这个过程当中由于加热或者冷却不均匀，很容易导致焊接结构产生变形，对结构件的质量产生不良影响，甚至埋下安全隐患。因此焊接变形成为企业加工和生产过程当中亟待解决的课题。文章阐述了焊接变形的基本原理，分析了导致焊接变形的原因，在此基础之上有针对性的提出预防和控制焊接变形的措施。

关键词：焊接变形；影响因素；控制措施

虽然很多因素都有可能造成焊接变形，但是焊接应力是导致焊接变形的最主要因素。焊接过程是对金属进行局部加热和冷却的过程，各个部件在加热和冷却的过程当中是不均匀的，金属在受热时产生膨胀，在冷却时发生收缩也是不均匀的，各个部件之间就会产生应力，相互制约，最终导致金属构件发生形变。在实际焊接过程当中，由于焊缝的材料和基材不一致，二者的收缩力度存在差异，在冷却过程当中，焊缝材料和基材之间如果产生拉应力，会导致焊接部位变薄，而当焊接金属的屈服应力集中释放时，则会形成焊接永久变形的产生。

一、焊接变形的常见类型

（一）角变形

角变形大多出现在丁字接头、对接、搭接以及堆焊焊接时，主要原因是横向收缩变形在厚度方向上分布不均匀。板的刚度以及构件的压缩塑性变形的大小和分布情况直接影响角变形的大小。这是因为线能量的进一步提高，使得板背面的温度随着提高，正反两面的塑性变形量的差值可能降低，所以角变形反而减少。对于同样的板厚和坡口形式，多层焊比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大。

（二）横向收缩变形及其产生的挠曲变形

焊接线能量越高，横向收缩量越大，板厚越大，横向收缩量越小，因此焊接线能量和板厚直接影响横向变形的大小。由于焊接的先后顺序，后焊的焊缝会受到先焊焊缝的横向收缩的挤压作用，从而导致更大的横向压缩变形，焊缝的横向收缩沿着焊接方向是由小到大逐渐增长，一定程度后趋于稳定。因此横向变形沿焊缝长度上的分布是不均匀的。

（三）纵向收缩变形以及由它所引起的挠曲变形

压缩塑性变形的大小直接影响纵向收缩变形的大小，而焊接参数、焊接方法、焊接顺序以及材料的热物理参量直接影响压缩塑性变形。一般情况下，焊接线能量越大，纵向收缩变形越大，焊缝在构件中的位置不对称时，焊缝引起的应力就是不均匀的，这样它不但使构件缩短，同时还使构件弯曲，产生挠曲变形。

二、焊接变形的原因

焊接变形直接影响产品的外观，当焊接变形量超出一定的限度时，就有可能導致构件报废，甚至酿成安全事故，带来巨大的经济损失。只有对焊接变形的原因进行分析，才能找出对应的方法来预防和可控制。在现有焊接技术条件下，造成焊接变形的原因很多，主要包括以下几个方面：

1）焊接应力。焊接应力是产生焊接变形的根本所在。在焊接过程当中，尤其是一些大型、复杂构件的焊接，由于存在复杂的焊缝，每条焊缝所产生的应力的方向和大小十分负责，很难进行准确的预测。在焊接过程当中，冷热的不均匀，造成焊缝膨胀和收缩的不均匀，导致复杂的焊接应力，最终出现焊接变形。

2）结构设计不合理。焊接变形的一个主要原因是结构件设计不合理，这在一些大型结构件当中比较常见。在设计过程当中没有充分考虑焊缝的科学性，焊缝数量多、位置不正确以及截面积过大，这些都会使焊缝过于复杂，加大焊接变形的风险。

3）工艺制定不合理。焊接工艺的高低直接影响结构件的焊接质量和效果，尤其对于大型结构件来说，由于设计复杂、技术要求高，对于焊接工艺各个环节都有着十分严格的要求。如果焊接工艺流程制定不够科学合理，如焊接设备的选择、焊接参数的选定、焊接顺序的制定、工装夹具的选用等，任何一个环节出现问题，都有可能造成焊接变形的发生。

三、焊接变形的控制错施

焊接构件质量的高低直接收到焊接技术的影响，焊接变形不仅影响焊接构建的外观，更是直接影响质量，因此，在实际焊接施工过程当中，应该树立高度的责任感，充分采用先进的科学技术，对焊接变形进行有效的预防和控制，尽可能的减少焊接残余变形，从而有效的提高焊接的质量。

1）焊缝的尺寸和形式要合理地选择。焊接变形大小在很大程度上受到焊缝大小的影响。因此，在保证焊接质量的基础之上，参照构建板厚度，将焊缝尺寸尽可能的缩小。焊缝金属量的大小直接受到焊缝坡口形式的影响，因此为了减少焊接过程当中发生的变形，应该尽可能的选择焊缝金属少的坡口形式。

2）减少焊缝数量，合理安排位置。为了减少焊接变形，在焊接过程当中应该适当增加加强筋的数量，同时还可以采用拼接的焊接方式。为了提高构件的稳定比和刚性，可以采取压型等加工手段。为了方式梁、柱等结构在焊接过程当中可能发生的形变，在焊接设计的过程当中应该尽可能的使焊缝接近于中性轴。

3）合理地选择焊接方法和规范。焊线能量的高低直接会影响焊接变形程度。因此在焊接的过程当中应该尽可能的降低焊接线能量，从而方式焊接变形。为了防止不对称的焊缝影响整体结构，在进行大件焊接的过程当中，可以采用分步焊接的方式，将结构件进行适当的分解，最后将焊接好的部件拼焊成一个整体，从而最大限度的防止焊接变形的发生。

四、结语

焊接变形的产生和发展本身成因十分复杂，尤其在大型构建的焊接过程当中，由于自身质量、尺寸以及设计等方面的因素，使得大型构建的焊接变形控制十分困难，只有降低产品的报废率，才能提高产品生产的经济性，因此控制大型结构件的焊接变形就显得更为重要。首先我们应该从思想上树立高度的责任感，杜绝人为原因导致的焊接变形，其次就是不断学习先进的焊接技术，更新自身的知识储备，提高焊接质量。最后，积极引进先进的焊接工艺和设备，为焊接作业提供良好的设备支持。

参考文献：

[1] 熊大胜.减少大型焊接结构件变形的措施[J].金属加工（热加工）.2010（02）.

[2] 李晓明，孙德伟.焊接结构件焊接变形的控制[J].铁道车辆.2010（05）.

[3] 晓虹，向凯，宋瑞艳.焊接应力和焊接变形控制[J].石油化工设备.2009（02）.

[4] 何平，陈乃超.大型结构件焊接变形控制技术的数据库[J].工程机械与维修.2009（04）.