薄板焊接變形的影響因素及控制

馮鎖柱

摘要：由于受到自身厚度等方面原因的影響，薄板在焊接過程中特別容易出現(xiàn)變形，這種焊接變形比較多樣復(fù)雜。如今，人們在進(jìn)行薄板的焊接時，無法實(shí)現(xiàn)完全有效控制。本文主要分析了薄板焊接主要變形形式，研究了薄板焊接變形的影響因素，同時提出了薄板焊接變形控制對策。

關(guān)鍵詞：薄板；焊接；變形；影響因素；控制

引言

在當(dāng)前壓力容器行業(yè)中，薄板焊接是一項(xiàng)非常重要的工作，但是在考慮成本、重量等方面因素時，通常使用高強(qiáng)鋼為殼體，以輕型薄板材料為內(nèi)襯，這些方式不僅降低了產(chǎn)品重量，而且提升了產(chǎn)品品質(zhì)，但是但是薄板在進(jìn)行焊接時，由于薄板的厚度加大了工作的難度，直接影響了薄板的焊接質(zhì)量。所以，必須重視研究對薄板焊接變形影響因素，并且進(jìn)行全面分析。

1、薄板焊接主要變形形式

根據(jù)眾多薄板焊接變形案例，當(dāng)前薄板在進(jìn)行焊接時出現(xiàn)焊接變形的具體類型有：彎曲變形、波浪變形、扭曲變形、錯邊變形、角變形、收縮變形等。若薄板在進(jìn)行焊接時出現(xiàn)了上述類型的變形情況，則將直接地影響到薄板的實(shí)際工作性能，因此，在進(jìn)行薄板焊接時，應(yīng)當(dāng)采取措施，防止上述變形的出現(xiàn)。

2、薄板焊接變形的影響因素

在對薄板進(jìn)行焊接時，在距離焊接縫隙較遠(yuǎn)的位置會產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，若這些殘余應(yīng)力超過了薄板的變形臨界壓力時，會導(dǎo)致薄板出現(xiàn)變形。薄板結(jié)構(gòu)在焊接時，主要承受有兩種載荷，首先是作用在薄板中面的剪力、壓力、拉力，總稱為中面力；其次是垂直于中面的力，被稱為橫向力。對于薄板的中面，可以認(rèn)為其實(shí)沿著薄板的厚度均勻進(jìn)行布置的，因此，薄板焊接出現(xiàn)變形的問題是一種中面力載荷問題。影響薄板焊接變形的因素主要有如下幾點(diǎn)。

2.1薄板焊接材料因素

薄板母材料和焊接材料的材質(zhì)均會對薄板焊接過程產(chǎn)生一定的影響。一般情況下，焊接材料和薄板母材料都是金屬材料，金屬在高溫的影響下特別容易出現(xiàn)一定的變形，其力學(xué)性能和性能參數(shù)對薄板焊接過程中出現(xiàn)的變形有著較為直接的影響。例如，金屬材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)將直接地影響到薄板的最終變形量，通常情況下，隨著金屬熱傳導(dǎo)系數(shù)的增加，其對應(yīng)的溫度梯度也比較小，給薄板焊接帶來的影響則往往較小。再加上金屬材料均有明顯的熱脹冷縮效應(yīng)，這在一定程度上也將直接的影響到薄板的變形。

2.2薄板焊接結(jié)構(gòu)因素

薄板在焊接過程中，出現(xiàn)變形的影響因素中薄板焊接結(jié)構(gòu)因素是最為關(guān)鍵的因素，同時也是最為復(fù)雜的因素，當(dāng)前對薄板焊接結(jié)構(gòu)對薄板變形的具體影響機(jī)理仍舊處于不斷的研究當(dāng)中。根據(jù)當(dāng)前研究的結(jié)論表明，隨著薄板拘束度的不斷提升，薄板在焊接過程中受到的焊接殘余應(yīng)力也將呈現(xiàn)出上升的趨勢，而此時薄板的焊接變形會出現(xiàn)下降。但是，在進(jìn)行薄板焊接的過程中，隨著焊接過程的不斷進(jìn)行，薄板自身的拘束度將出現(xiàn)一定的變化，通常情況下，隨著薄板結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度地提升，薄板拘束度給整個焊接過程帶來的影響非常明顯。一般情況下，在對薄板焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)當(dāng)采用加強(qiáng)板和筋板等方式來增強(qiáng)薄板的剛性和穩(wěn)定性，雖然采用這種方式在一定程度上降低了薄板的焊接變形，但是對分析薄板焊接結(jié)構(gòu)因素對薄板焊接帶來的影響是不利的，增加了焊接變形分析的難度。

2.3薄板焊接工藝因素

薄板焊接工藝對薄板變形帶來的影響機(jī)理也是較為復(fù)雜的，給變形帶來的影響也是更加多樣化的。通常情況下，薄板的焊接工藝主要有：薄板焊接使用方法、薄板焊接順序、薄板固定方法、薄板構(gòu)件定位、薄板焊接輸入電壓電流量、薄板焊接夾具、薄板焊接胎架等。在這些因素中，薄板焊接順序?qū)φ麄€薄板焊接變形帶來的影響較為明顯，通常情況下，隨著薄板焊接順序的變化，薄板中所含的殘余應(yīng)力將出現(xiàn)一定的變化，則焊接過程中薄板所處的應(yīng)力狀態(tài)不同，因此，在某些情況下，為了減少薄板焊接變形量，可以從薄板焊接順序入手，有效地降低薄板焊接變形量。

2.4切割質(zhì)量和切割方法對薄板焊接變形帶來的影響

切割質(zhì)量和切割方法對薄板焊接變形帶來的影響也是較為顯著的。因?yàn)榈入x子的熱源非常的集中，切割的速度也較為迅速，因此，在進(jìn)行切割時，應(yīng)選擇等離子切割，其產(chǎn)生的熱作用，給薄板帶來的影響也更小，其帶來的殘余應(yīng)力的積累也更低。

3、薄板焊接變形控制對策

為了更好地降低薄板焊接的效果，降低薄板焊接變形量，在進(jìn)行薄板焊接過程中，采取針對性地措施進(jìn)行控制是非常有必要的，在具體實(shí)施中，可以從如下幾個方面入手。

3.1采用剛性固定方法

在進(jìn)行薄板焊接時，采用剛性固定方法對于降低薄板焊接變形量有著較好的效果。同時，若薄板焊接過程中采用剛性固定法，也不需要考慮薄板焊接的順序。但是該方法也存在一定的缺陷，并非在所有的薄板焊接變形控制中都適用，其主要適用在一些較小的薄板焊接變形控制中，若對于一些體積較大的薄板在進(jìn)行焊接時，若采用這種固定方法，容易導(dǎo)致薄板中包含有較大的焊接殘余應(yīng)力，容易造成更大的焊接變形。因此，這種方法主要適用在焊接厚度小于6mm的薄板材料。

3.2采用散熱法

在進(jìn)行薄板焊接時，采用散熱法可有效地降低薄板的焊接變形量。這個方法也被稱作強(qiáng)迫冷卻法。整個實(shí)施的關(guān)鍵是將薄板焊接位置產(chǎn)生的大量熱量全部的散去，從而在最大程度上降低薄板焊接縫位置的金屬受熱面，從而實(shí)現(xiàn)焊接變形降低的目標(biāo)。散熱法通常情況下，主要適用在薄板補(bǔ)焊或者薄板表面進(jìn)行堆焊時，紫銅通常作為薄板的散熱墊，在整個焊接過程中，也可以在薄板焊接縫的位置加入一定的冷卻水，采用這種方法，隨著薄板焊接縫與散熱墊距離的減小，帶來的防止變形的效果越明顯，但是，由于該種方法在實(shí)際操作過程中，所含的步驟較多，因此，在實(shí)際使用時，應(yīng)當(dāng)對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格地控制，更好地保證焊接的效果。

3_3降低薄板焊接變形的焊接工藝措施

為了更好地降低薄板焊接變形，采用針對性的焊接工藝措施是較為重要的。在具體實(shí)施中可分為焊接前預(yù)防措施、焊接過程中的控制措施及焊接之后的矯正措施。其中焊接之前的預(yù)防措施主要包含有：預(yù)拉伸法、加余量法、反變形法等。其中反變形法的原理是，對薄板焊接過程中出現(xiàn)的變形進(jìn)行提前預(yù)測，然后再進(jìn)行薄板焊接的過程中，從相對的方向預(yù)先選擇出對應(yīng)的變形量，使之在焊接過程中，出現(xiàn)的變形與先前的變形量相抵消，從而保證薄板焊接變形量為零。預(yù)拉伸法就是采用加熱預(yù)拉伸或者機(jī)械預(yù)拉伸的方法對鋼板進(jìn)行預(yù)先的拉伸，然后再進(jìn)行薄板焊接時，這時在張緊的鋼板上進(jìn)行焊接裝配，焊后去除預(yù)拉伸或加熱，使鋼板恢復(fù)初始狀態(tài)。焊接過程中采用合理的焊接方法和焊接參數(shù)，選擇合理的焊接次序，隨焊強(qiáng)制冷卻等措施均可降低焊接殘余應(yīng)力、減小焊接變形，一般遵循先焊短焊縫后焊長焊縫的原則。

除上述措施之外，還可以采用設(shè)計(jì)措施，主要對薄板焊接的具體形式和尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量降低薄板焊接的數(shù)量和長度，對焊縫的位置進(jìn)行合理安排，最大限度的降低薄板焊接長度，從而降低焊接對薄板變形帶來的影響。

綜上分析，薄板在進(jìn)行焊接時，容易出現(xiàn)較多種類型的變形，焊接過程中受到的影響因素也較多，因此，這就需要焊接技術(shù)人員在進(jìn)行薄板焊接時，全面地掌握薄板焊接的技術(shù)要點(diǎn)，了解薄板焊接變形類型與影響因素，并結(jié)合實(shí)際焊接環(huán)境等，采取針對性措施，提升薄板焊接質(zhì)量，降低薄板焊接變形。