薄板焊接变形的影响因素及控制

冯锁柱

摘要：由于受到自身厚度等方面原因的影响，薄板在焊接过程中特别容易出现变形，这种焊接变形比较多样复杂。如今，人们在进行薄板的焊接时，无法实现完全有效控制。本文主要分析了薄板焊接主要变形形式，研究了薄板焊接变形的影响因素，同时提出了薄板焊接变形控制对策。

关键词：薄板；焊接；变形；影响因素；控制

引言

在当前压力容器行业中，薄板焊接是一项非常重要的工作，但是在考虑成本、重量等方面因素时，通常使用高强钢为壳体，以轻型薄板材料为内衬，这些方式不仅降低了产品重量，而且提升了产品品质，但是但是薄板在进行焊接时，由于薄板的厚度加大了工作的难度，直接影响了薄板的焊接质量。所以，必须重视研究对薄板焊接变形影响因素，并且进行全面分析。

1、薄板焊接主要变形形式

根据众多薄板焊接变形案例，当前薄板在进行焊接时出现焊接变形的具体类型有：弯曲变形、波浪变形、扭曲变形、错边变形、角变形、收缩变形等。若薄板在进行焊接时出现了上述类型的变形情况，则将直接地影响到薄板的实际工作性能，因此，在进行薄板焊接时，应当采取措施，防止上述变形的出现。

2、薄板焊接变形的影响因素

在对薄板进行焊接时，在距离焊接缝隙较远的位置会产生一定的残余应力，若这些残余应力超过了薄板的变形临界压力时，会导致薄板出现变形。薄板结构在焊接时，主要承受有两种载荷，首先是作用在薄板中面的剪力、压力、拉力，总称为中面力；其次是垂直于中面的力，被称为横向力。对于薄板的中面，可以认为其实沿着薄板的厚度均匀进行布置的，因此，薄板焊接出现变形的问题是一种中面力载荷问题。影响薄板焊接变形的因素主要有如下几点。

2.1薄板焊接材料因素

薄板母材料和焊接材料的材质均会对薄板焊接过程产生一定的影响。一般情况下，焊接材料和薄板母材料都是金属材料，金属在高温的影响下特别容易出现一定的变形，其力学性能和性能参数对薄板焊接过程中出现的变形有着较为直接的影响。例如，金属材料的热传导系数将直接地影响到薄板的最终变形量，通常情况下，随着金属热传导系数的增加，其对应的温度梯度也比较小，给薄板焊接带来的影响则往往较小。再加上金属材料均有明显的热胀冷缩效应，这在一定程度上也将直接的影响到薄板的变形。

2.2薄板焊接结构因素

薄板在焊接过程中，出现变形的影响因素中薄板焊接结构因素是最为关键的因素，同时也是最为复杂的因素，当前对薄板焊接结构对薄板变形的具体影响机理仍旧处于不断的研究当中。根据当前研究的结论表明，随着薄板拘束度的不断提升，薄板在焊接过程中受到的焊接残余应力也将呈现出上升的趋势，而此时薄板的焊接变形会出现下降。但是，在进行薄板焊接的过程中，随着焊接过程的不断进行，薄板自身的拘束度将出现一定的变化，通常情况下，随着薄板结构复杂程度地提升，薄板拘束度给整个焊接过程带来的影响非常明显。一般情况下，在对薄板焊接结构进行设计时，应当采用加强板和筋板等方式来增强薄板的刚性和稳定性，虽然采用这种方式在一定程度上降低了薄板的焊接变形，但是对分析薄板焊接结构因素对薄板焊接带来的影响是不利的，增加了焊接变形分析的难度。

2.3薄板焊接工艺因素

薄板焊接工艺对薄板变形带来的影响机理也是较为复杂的，给变形带来的影响也是更加多样化的。通常情况下，薄板的焊接工艺主要有：薄板焊接使用方法、薄板焊接顺序、薄板固定方法、薄板构件定位、薄板焊接输入电压电流量、薄板焊接夹具、薄板焊接胎架等。在这些因素中，薄板焊接顺序对整个薄板焊接变形带来的影响较为明显，通常情况下，随着薄板焊接顺序的变化，薄板中所含的残余应力将出现一定的变化，则焊接过程中薄板所处的应力状态不同，因此，在某些情况下，为了减少薄板焊接变形量，可以从薄板焊接顺序入手，有效地降低薄板焊接变形量。

2.4切割质量和切割方法对薄板焊接变形带来的影响

切割质量和切割方法对薄板焊接变形带来的影响也是较为显著的。因为等离子的热源非常的集中，切割的速度也较为迅速，因此，在进行切割时，应选择等离子切割，其产生的热作用，给薄板带来的影响也更小，其带来的残余应力的积累也更低。

3、薄板焊接变形控制对策

为了更好地降低薄板焊接的效果，降低薄板焊接变形量，在进行薄板焊接过程中，采取针对性地措施进行控制是非常有必要的，在具体实施中，可以从如下几个方面入手。

3.1采用刚性固定方法

在进行薄板焊接时，采用刚性固定方法对于降低薄板焊接变形量有着较好的效果。同时，若薄板焊接过程中采用刚性固定法，也不需要考虑薄板焊接的顺序。但是该方法也存在一定的缺陷，并非在所有的薄板焊接变形控制中都适用，其主要适用在一些较小的薄板焊接变形控制中，若对于一些体积较大的薄板在进行焊接时，若采用这种固定方法，容易导致薄板中包含有较大的焊接残余应力，容易造成更大的焊接变形。因此，这种方法主要适用在焊接厚度小于6mm的薄板材料。

3.2采用散热法

在进行薄板焊接时，采用散热法可有效地降低薄板的焊接变形量。这个方法也被称作强迫冷却法。整个实施的关键是将薄板焊接位置产生的大量热量全部的散去，从而在最大程度上降低薄板焊接缝位置的金属受热面，从而实现焊接变形降低的目标。散热法通常情况下，主要适用在薄板补焊或者薄板表面进行堆焊时，紫铜通常作为薄板的散热垫，在整个焊接过程中，也可以在薄板焊接缝的位置加入一定的冷却水，采用这种方法，随着薄板焊接缝与散热垫距离的减小，带来的防止变形的效果越明显，但是，由于该种方法在实际操作过程中，所含的步骤较多，因此，在实际使用时，应当对各个环节进行严格地控制，更好地保证焊接的效果。

3_3降低薄板焊接变形的焊接工艺措施

为了更好地降低薄板焊接变形，采用针对性的焊接工艺措施是较为重要的。在具体实施中可分为焊接前预防措施、焊接过程中的控制措施及焊接之后的矫正措施。其中焊接之前的预防措施主要包含有：预拉伸法、加余量法、反变形法等。其中反变形法的原理是，对薄板焊接过程中出现的变形进行提前预测，然后再进行薄板焊接的过程中，从相对的方向预先选择出对应的变形量，使之在焊接过程中，出现的变形与先前的变形量相抵消，从而保证薄板焊接变形量为零。预拉伸法就是采用加热预拉伸或者机械预拉伸的方法对钢板进行预先的拉伸，然后再进行薄板焊接时，这时在張紧的钢板上进行焊接装配，焊后去除预拉伸或加热，使钢板恢复初始状态。焊接过程中采用合理的焊接方法和焊接参数，选择合理的焊接次序，随焊强制冷却等措施均可降低焊接残余应力、减小焊接变形，一般遵循先焊短焊缝后焊长焊缝的原则。

除上述措施之外，还可以采用设计措施，主要对薄板焊接的具体形式和尺寸进行设计，尽量降低薄板焊接的数量和长度，对焊缝的位置进行合理安排，最大限度的降低薄板焊接长度，从而降低焊接对薄板变形带来的影响。

综上分析，薄板在进行焊接时，容易出现较多种类型的变形，焊接过程中受到的影响因素也较多，因此，这就需要焊接技术人员在进行薄板焊接时，全面地掌握薄板焊接的技术要点，了解薄板焊接变形类型与影响因素，并结合实际焊接环境等，采取针对性措施，提升薄板焊接质量，降低薄板焊接变形。