手弧焊時如何防止焊接應(yīng)力和焊后變形

薄開俊

摘 要：在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的焊接應(yīng)力和變形問題，不僅影響了結(jié)構(gòu)的尺寸精度和外觀，還可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品因變形無法矯正而報廢，因此，焊接應(yīng)力與變形應(yīng)引起我們足夠的重視。

關(guān)鍵詞：手弧焊接 應(yīng)力和變形 控制措施

金屬結(jié)構(gòu)在手弧焊時產(chǎn)生的變形，會導(dǎo)致焊接產(chǎn)品質(zhì)量下降，造成下一道工序無法順利進(jìn)行。焊接應(yīng)力或焊接殘余應(yīng)力往往會產(chǎn)生裂紋，即使不產(chǎn)生裂紋，也會降低結(jié)構(gòu)的承載能力和使用壽命。焊接變形會造成焊件尺寸、形狀的變化，使焊后還要進(jìn)行大量復(fù)雜的矯正工作，嚴(yán)重時會使產(chǎn)品報廢。為了防止焊接應(yīng)力和變形，我們首先了解一下焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因及變形的種類。

引起焊接應(yīng)力的基本原因是：焊接溫度分布不均勻而引起的應(yīng)力，焊接時溫度變化引起組織變化產(chǎn)生的應(yīng)力，還有金屬熔池從液態(tài)冷凝成固體時體積收縮受到限制形成的應(yīng)力。這些應(yīng)力在焊接結(jié)束焊件完全冷卻后仍以內(nèi)應(yīng)力的形式存在焊件內(nèi)部的就是殘余應(yīng)力。

引起變形的原因及種類有：焊縫在結(jié)構(gòu)中的位置、結(jié)構(gòu)剛性的大小、裝配和焊接順序、焊接規(guī)范的選擇等的影響，種類有縱向變形、橫向變形、角變形、彎曲變形、波浪變形、扭曲變形等，按焊接結(jié)構(gòu)形式可分為局部變形和整體變形。這些變形在焊件冷卻后不能恢復(fù)的就是殘余變形。

為了防止焊接應(yīng)力和變形，在焊接生產(chǎn)加工中我們應(yīng)采取相應(yīng)的控制措施。

一、焊接應(yīng)力的控制措施

1.焊接前要從多方面認(rèn)真設(shè)計

盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，選擇填充金屬量少的坡口形式。焊縫間應(yīng)保持足夠的距離，避免焊縫布置的過分集中。采用剛性較小的接頭形式，使焊縫能夠自由收縮，盡量避免三軸交叉的焊縫，不把焊縫布置在工作應(yīng)力最重要的地方。在殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)盡量避免幾何連續(xù)性焊接加熱，以免內(nèi)應(yīng)力在該處進(jìn)一步增高。

2.采取相應(yīng)的工藝措施

采用合理的焊接順序和方向，運用預(yù)熱法、冷焊法、留裕度法、開減應(yīng)力槽法、錘擊焊縫法、加熱“減應(yīng)區(qū)”法等。采取合理的焊接順序就能使每條焊縫盡可能地自由收縮，減少焊后殘余應(yīng)力的存在。

二、防止焊接變形的方法

分析和了解了焊接變形的原因及變形的種類，采取相應(yīng)的控制方法就可以有效防止和減少焊接變形所帶來的危害。

1.設(shè)計方面的措施

首先要選用合理的焊接尺寸和形狀，在確保構(gòu)件焊縫質(zhì)量和有足夠的承載能力時，應(yīng)按板厚在工藝上選擇最小的焊縫尺寸，以減少熔敷金屬總量，從而減少焊接變形。其次要合理地安排焊縫位置，在構(gòu)件上只要允許，焊縫的位置盡量靠近構(gòu)件截面的中性軸，并盡量和中心軸對稱，以減少構(gòu)件的彎曲變形。再就是盡可能地減少焊接，可選用型鋼、沖壓件代替焊接件，從而減少焊縫的數(shù)量。

2.工藝方面的措施

（1）選擇合理的安裝和焊接順序。在焊接結(jié)構(gòu)中如果裝配焊接順序不合理將會給結(jié)構(gòu)的變形帶來很大的影響。為了控制和減少焊接變形，在裝配焊接順序的選擇上應(yīng)遵守下列原則：對正在焊接的焊縫應(yīng)盡量靠近結(jié)構(gòu)截面的中性軸；對于焊縫布置不對稱的結(jié)構(gòu)，裝配焊接時要先焊焊縫少的一側(cè)；焊縫對稱布置的結(jié)構(gòu)，最好由兩名焊工同時進(jìn)行兩面對稱焊接；對較長的焊縫不要采用連續(xù)的直通焊接，因連續(xù)直通焊會造成較大的變形，可采用分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法和交替焊法來減少焊后的收縮變形。

（2）反變形法。因焊件不能雙面及對稱焊接，并且只能單面焊接時，為了抵消焊接殘余變形，可將焊件焊前預(yù)先向焊接變形相反的方向變形。如V形坡口、T形和角接接頭焊件的單面焊接等，都要根據(jù)不同的條件預(yù)留反變形來防止焊后變形。

（3）剛性固定法。焊接前對焊件采取外加剛性約束，使焊接時的焊件不能自由變形。這種方法對小而薄的焊件減小變形很有效。對于形狀復(fù)雜，尺寸不大，又是成批生產(chǎn)的焊件，可設(shè)計一個能夠剛性約束的專用焊接胎具，既可以防止變形，又能提高生產(chǎn)率，焊接時還不必過分考慮焊接順序，其缺點是有些大件不易固定，且焊后撤除固定后，焊件還有少許變形和較大的殘余應(yīng)力。

（4）散熱法。散熱法是利用水冷卻和銅塊冷卻等方法將焊接處的熱量迅速散走，從而限制和縮小焊接熱場的分布，達(dá)到減小焊接變形的目的，但對淬火傾向大的鋼材不宜采用，否則易產(chǎn)生裂紋

除上述之外還有錘擊法、焊前加熱“感應(yīng)區(qū)”法、焊前預(yù)熱焊后緩冷法、合理的焊接工藝法等。當(dāng)然，隨著生產(chǎn)實踐的發(fā)展，我們還會發(fā)現(xiàn)更好的防止應(yīng)力和變形的辦法。

參考文獻(xiàn)：

[1]王長忠.焊工工藝與技能訓(xùn)練[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2006.

[2]張應(yīng)立.新編焊工實用手冊[M].北京：金盾出版社，2004.

（作者單位：鄒城市技工學(xué)校）endprint