薄板焊接变形的影响因素及控制措施探微
发表时间：2018-09-04T14:40:06.387Z 来源：《防护工程》2018年第9期作者：魏栓张沛[导读] 但受到自身特性影响,薄板的焊接过程中经常会发生形变和收缩现象,基于此,本文主要对薄板焊接变形的影响因素进行了分析,并在此基础上替代了一定的控制措施,旨在提升薄板焊接水平,为技术创新提供工艺参数以及方案参考魏栓张沛
中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000
摘要:工业建造过程中为减轻自重,提升结构强度,时常会选择工艺拘束较小,结构稳定易加工成型的材料进行焊接,薄板焊接结构由于构造简单,工艺性能好,在工业建造过程中得到广泛应用?但受到自身特性影响,薄板的焊接过程中经常会发生形变和收缩现象,基于此,本文主要对薄板焊接变形的影响因素进行了分析,并在此基础上替代了一定的控制措施,旨在提升薄板焊接水平,为技术创新提供工艺参数以及方案参考? 关键词:薄板焊接;变形;影响因素;控制措施
引言
造船?车辆等制造行业在进行薄板焊接时,会出现形态各异的局部变形,这不仅影响外观,降低结构的承载能力,而且极不容易校正,往往耗费大量的人力物力,还达不到要求?薄板结构焊接变形具有复杂性?多元性,要成功实现薄板焊接变形的控制,必需了解薄板焊接变形质量影响因素?
1薄板焊接变形的影响因素
1.1焊缝的结构位置
焊缝在船体结构中的位置错误是导致焊缝形变的原因之一,应保持焊缝与焊接截面中和轴的贴近，如距离较远则会产生幅度较高的变形。
1.2焊接结构的刚性
薄板焊接的结构稳定性和刚性决定了抗侧力水平,在水体航行过程中薄板承受的水平作用力不变的前提下,刚性强度的降低会降低使用寿命,提升形变程度?
1.3焊接装焊顺序
焊接装焊顺序会影响到构建装配的稳定性和刚性,甚至引发结构重心的偏移?
1.4工艺方法和焊接参数
焊接方法会影响到结构的热变形幅度,建议采用变形度小的断续焊;焊接参数(电流?电压?和焊接速度)应符合施工标准,焊接时电压和电流的增大都将诱发变形,焊接速度的滞后会加深变形幅度,保障焊接速度是控制变形的方案之一?
1.5焊接面
由于焊接面的大小会影响到变形幅度,焊缝的数量应在符合设计标准的前提下尽可能保持控制在合理范围内;焊接的材料要符合热物理性能指标,其比热容?导热系数都会影响到变形区间,膨胀系数也应当控制在质量标准内,降低变形几率?
1.6焊接方向
焊缝位置的变化会随着焊接方向的不同而变动,从而改变航行应力状态?此外,在进行预处理时应综合考虑形变条件,对变形原因进行深入调研,多方面制订合理措施控制焊接变形?
2薄板焊接变形控制措施
2.1整体加工流程
2.1.1基准孔的加工
零件数控加工时,通常采用两孔一面作为基准(利用零件本身具有的两个通孔作为加工基准孔)?此零件不算厚,在加工孔时,将其钻通即可,而且都是借用孔(先借用钻个定位小孔,后期铣切掉,按数模铣成两个大通孔)?在钻借用定位孔时,没有高精度尺寸的严格要求,容易加工?如果毛料很厚,在加工基准孔时加工成盲孔,避免孔太深导致孔垂直度不合格?
2.1.2内形粗加工
根据实际零件状态选用大直径刀具( 63R3)进行粗加工去除余量?为了减少零件控制变形,粗加工采用快进刀片浅切,每层切深1mm,并且需要跨槽加工,即不按顺序铣每一个槽,要先1槽?3槽?5槽……再铣2槽?4槽?6槽……?内外形的加强筋预留通过辅助夹具来控制加工变形?3.3精加工及闭角残留的处理在半精加工时,根据槽宽的大小,采用 40R3或 30R3刀具加工腹板?腹板加工到位后,再保证筋条和缘条的厚度尺寸?筋条与缘条相连接处的R角需要用 16R3的刀具保证,避免大直径刀具加工后的残留量,此零件在内形局部存在闭角?为了保证零件的重量要求,用 8R3刀具行切加工闭角残留处理,以满足设计需要?这样既保证加工后重量又保证数控加工后接刀光顺?
2.1.3刀具的选择及切削参数
整个切削过程中刀具的选择非常重要?粗加工时,要选择大直径刀具进行快进浅切,大直径刀具能提高加工速度;而后选用常用的 40R3或 30R3的刀具进行半精加工,更换刀具后,由于大直径刀具加工后转角的残留比较大,精加工时选择小直径的刀具加工时,转角处要提前处理—转角进行插铣?如不处理,粗加工后直接用小刀进行精加工,在转角处的吃刀量较大,容易打刀切伤零件?
2.2CO2气体保护自动焊对焊接变形的控制
2.2.1CO2气体保护自动焊的特点及施工工艺
1)由于焊接电流密度较大,电弧热量利用率较高,焊丝又是连续送进,焊后清渣比碱性焊条容易,因此提高了生产效率?2)CO2气体价格便宜,电能消耗小,所以焊接成本低?3)电弧加热集中,工作受热面积小,同时CO2气流有较强的冷却作用,焊接变形和应力小?4)焊缝含氢量少,抗裂性能好,焊接接头的力学性能良好,焊缝质量高?5)焊接过程可以观察到电弧和熔池的情况,故操作容易掌握,不易焊偏,有利于实现机械化和自动焊焊接?CO2气体保护焊是一种高效焊接方法,适用范围广,厚度不限,可进行全位置焊,可焊1mm以下薄板?根据内河船厂的实际情况,使用Φ1.2mm细丝,国产CO2焊机加辅助装置,焊接上层建筑薄板,获得理想的效果?
论文关键词：大面积薄板焊接变形控制 论文摘要：在大面积薄板焊接工程中．焊接变形量的大小是衡量该工程成功与否的重要标志，也是工程质量好环的关键，因此控制焊接变形是人们十分重视而致力于研究的课题。本文就煤气柜底板焊接工程的成功经验和失败教训阐述控制薄板焊接变形的一些行之有效的方法及一些初浅的见解，旨在类似工程中借鉴和参考。 如何控制焊接应力和变形到最小是大面积薄板焊接中最关键的一个环节。控制大面积薄板焊接工程的焊接变形不能单一行事，而应综合治理。试验经验告诉我们，焊接工程中的焊接变形和焊后残余应力并不是两种孤立的现象。两者之间的联系是有机的，它们同时存在于同一焊件，相辅相成而又相互制约。大面积薄板焊接焊缝形式主要为对接和搭接。但这两种焊缝形式产生的变形基本一样，出产生横向收缩和纵向收缩外，如图一、二所示，还会产生失稳翘曲变形如图三所示，即常见的薄板焊接后产生的鼓包。 图一焊接横向收缩图二焊接纵向收缩
图三焊接失稳翘曲变形 在实际工程中要想获得最佳的理想状态。使三种方式的应力和变形合理分布在该结构中，使之相互制约、相互控制，正负压力保持在一个平衡的状态下。这一指导是控制大面积薄板焊接工程中焊接变形的有效途径。本文一工程中常见的曼型煤气柜的底板焊接为例进行分析。 1、以10万立曼型煤气柜的底板为例 煤气柜底板焊接工程是十分典型的大面积薄板焊接工程。底板面积为1586.27m2，焊缝总长为。底板由中心板和内外环板组成。中心板和内环板为δ=5mm厚钢板组成，外环板为δ=8mm钢板组成。钢板材质均为Q235B。底板的结构形式如图四所示。
图四罐底板焊接布置图 2、技术难点 面积大，板比较薄，内外环板厚度不一致，为厚板与薄板对接，规范要求底板的平面度不大于D/500，且不大于60mm。这就要求在施工时根据理论与施工经验来制定严格的施工工艺，稍不注意就会使产生较大的凸起，给后续施工带来很大的麻烦。重新修理难度较大，同时会使生产成本大大地增加。而此问题的产生原因归根到底就是由于焊接工程中由于对焊接应力和变形产生的机理不了解，不能合理地安排施工工艺而导致的结果。因此，合理的施工工艺安排，是在掌握其产生机理原理分析的基础上产生的，也就是要理论与实践要相结合。 3、焊接工艺及剖析 (1)分析焊接应力和变形产生的机理、影响因素及其内在联系 如下图四所示，给出了引起焊接应力和变形的主要因素及其内在联系。
控制焊接变形的工艺措施 宜按下列要求采用合理的焊接顺序控制变形: 1 对于对接接头、T 形接头和十字接头坡口焊接，在工件放置条件允许或易于翻身的情况下，宜采用双面坡口对称顺序焊接；对于有对称截面的构件，宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接； 2 对双面非对称坡口焊接，宜采用先焊深坡口侧部分焊缝、 后焊浅坡口侧、最后焊完深坡口侧焊缝的顺序； 3 对长焊缝宜采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用； 4 宜采用跳焊法，避免工件局部加热集中。 5 在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下，宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自保护电弧焊等能量密度相对较高的焊接方法，并采用较小的热输入。 6 宜采用反变形法控制角变形。 7 对一般构件可用定位焊固定同时限制变形；对大型、厚板构件宜用刚性固定法增加结构焊接时的刚性。 8 对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后再进行总装焊接或连接的施工方法。 钢材应符合以下要求： 1 清除待焊处表面的水、氧化皮、锈、油污； 2 焊接坡口边缘上钢材的夹层缺陷长度超过25mm 时，应采用无损探伤检测其深度，如深度不大于6mm，应用机械方法清除；如深度大于6mm，应用机械方法清除后焊接填满；若缺陷深度大于25mm 时，应采用超声波探伤测定其尺寸，当单个缺陷面积(a ×d)或聚集缺陷的总面积不超过被切割钢材总面积(B×L)的4%时为合格，否则该板
不宜使用； 3 钢材内部的夹层缺陷，其尺寸位置离母材坡口表面距离(b)大于或等于25mm 时不需要修理；如该距离小于25mm 则应进行修补； 4 夹层缺陷是裂纹时，如裂纹长度(a)和深度(d)均不大于50mm，其修补方法应符合第6.6 节的规定；如裂纹深度超过50mm 或累计长度超过板宽的20% 时，该钢板不宜使用。 焊接材料应符合下列规定: 1 焊条、焊丝、焊剂和熔嘴应储存在干燥、通风良好的地方，由专人保管； 2 焊条、熔嘴、焊剂和药芯焊丝在使用前，必须按产品说明书及有关工艺文件的规定进行烘干。 3 低氢型焊条烘干温度应为350～380_，保温时间应为1.5～2h，烘干后应缓冷放置于110～120_的保温箱中存放、待用；使用时应置于保温筒中；烘干后的低氢型焊条在大气中放置时间超过4h 应重新烘干；焊条重复烘干次数不宜超过2 次；受潮的焊条不应使用；
摘要 焊接过程是对焊件的局部进行高温加热使其达到融化状态，随后快速冷却结晶形成焊缝，由于急剧的非平衡加热及冷却,结构将不可避免地产生焊后残余变形、应力以及金属组织的变化。焊接应力与变形直接影响焊件的尺寸精度、强度、刚度、稳定性以及耐腐蚀性能等。是影响结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素。焊接应力与变形过大时，不仅给产品制造工艺增加困难，还会因焊接裂纹或变形过大无法矫正而导致构件报废，造成巨大经济损失。本文主要阐述焊接变形的影响因素、控制措施和方法。 关键词:焊接变形;影响因素;控制措施
目录 第一章 1页
第一章焊接应力 在没有外力的情况下，物体内部存在的应力称为内应力，内应力在物体内部自相平衡，即物体内部各方向的内应力总和等于零，内应力对于任何一点的力矩总和等于零。常见的内应力有以下几种： 1、热应力：又称温度应力。它是在不均匀加热及冷却过程中所产生的应力，它与加热温度和加热不均匀程度、焊件的钢度以及焊件材料的热物理性能等因素有关。 2、相变应力：金属发生相变时，由于体积发生变化而引起的应力。 3、装配应力：在装配和安装过程中产生的应力。例如：紧固螺栓、热套结构等均匀有内应力产生。 4、残余应力：当构件上承受局部荷载或经受不均匀加热时，都会在局部地区产生塑性应变。当局部外载撤去后或热源离去，构件温度恢复到原始的均匀状态时，由于构件内部发生了不能恢复的塑性变形，因而产生了内应力，即残余应力。残留下来的变形即残余变形。 焊接过程中焊件的热应力是随时间而变化的瞬时应力，焊后残余下来，即为残余应力。按照焊接应力在空间的方向可以分为单项应力、双向应力和三项应力。薄板对接时，可以认为是双向应力。大厚度焊件的焊缝，三个焊缝的交叉处以及存在裂缝、加渣等缺陷通常出现三向应力，三相应力使材料的塑性降低、容易导致脆性断裂，它是一种最危险的应力状态。 第二章焊接变形 一、焊接变形发生的原因 钢材的焊接通常采用熔化焊方法,把焊接局部连接处加热至溶化状态形成熔池,待其冷却结晶后形成焊缝,使原来分开的钢材连接成整体。由于焊接加热时还焊接接头局部加热不均匀,金属冷却后沿焊缝纵向收缩时受到焊件低温部分的阻碍，使焊缝及其附近区域受拉应力，远离焊缝区域受压应力。因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行,膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形，焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来，焊接变形因此产生。 二、焊接变形的主要形式
薄板焊接工艺方法公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
薄板焊接变形控制经验 薄板焊接变形的质量控制包括从钢板切割开始到装夹、点固焊、施焊工艺、焊后处理等，其中还要考虑所采用的焊接方法、有效地变形控制措施。 1、焊接方法对焊接变形的影响* 合适的焊接方法需要考虑生产效率和焊接质量，所以焊接方法、焊接工艺和焊接程序显著影响焊接变形的水平。因此所采用的焊接方法必须具有高的熔敷效率和尽量少的焊道。7 R" F: v" @, `8 H5 C7 N 尽可能减少不必要的焊缝； 合理安排焊缝位置：焊缝位置应便于施焊，尽可能对称分布焊缝； 合理地选择焊缝的尺寸和形式，焊缝设计为角焊缝、搭接焊缝（角焊缝焊接变形小于对接焊缝变形）； 3 1 `2、点固焊工艺对焊接变形的影响 2 e' }$ [8 l' x! w 1 L- l, {; [. ^% T 点固焊不仅能保证焊接间隙而且具有一定的抗变形能力。但是要考虑点固焊焊点的数量、尺寸以及焊点之间的距离。对于薄板的变形来说，点固焊工艺不合适就有可能在焊接之前就产生相当的残余焊接应力，对随后的焊接残余应力积累带来影响。点焊尺寸过小可能导致焊接过程中产生开裂使焊接间隙得不到保证，如果过大可能导致焊道背面未熔透而影响接头的美观连续性。点固焊的顺序、焊点距离的合理选择也相当重要。 J
# u: e# `$ x$ J& T% 3、装配应力及焊接程序对薄板焊接变形的影响 应尽量减少焊接装配过程中引起的应力，如果该应力超过产生变形的临界应力就可能产生变形。装配程序注意尽量避免强行组装，并核对坡口形式、坡口角度和组装位置， 对接接头焊接： 板厚≤2的无论单面焊还是双面焊都可以不开坡口， 对于板厚~双面焊可以不开坡口，但只能单面焊时，可以将坡口间隙放大到1~2mm或开坡口焊接； 板厚~双面焊时应在背面用小砂轮清根；只能单面焊时都应开坡口；
1、利用反变形法控制焊接变形 为了抵消和补偿焊接变形，在焊前进行装配时，先将工件向与焊接变形相反的方向进行人为的变形，这种方法称为反变形法。反变形法是生产中最常用的方法，通常适用于控制焊件的角变形和弯曲变形。 2、用刚性固定法控制焊接变形 利用夹具、支撑、专用胎具、定位焊等方法来增大结构的刚性，减小焊接变形的方法称为刚性固定法。刚性固定法简单易行，是生产中常用的一种减小焊接变形的方法。生产中常用刚性固定配合反变形来控制焊接变形。 3、选择合理的装焊顺序控制焊接变形 同一焊接结构，采用不同的装焊顺序，所引起的焊接变形量往往不同，应选择引起焊接变形最小的装焊顺序。一般采取先总装后焊接的顺序，结构焊后焊接变形较小。 4、选择合理的焊接顺序控制焊接变形 当焊接结构上有多条焊缝时，不同的焊接顺序将会引起不同的焊接变形量。合理的焊接顺序是指：当焊缝对称布置时，应采用对称焊接；当焊缝不对称布置时，应先焊焊缝小的一侧。此外，采用跳焊法、分段退焊法等控制焊接变形均有较好的效果。 5、散热法 散热法又称强迫冷却法。就是把焊接处热量散走，使焊缝附近的金属受热面大大减小，达到减小变形的目的。散热法有水浸法和散热垫法。 6、锤击法 利用锤击焊缝使焊缝延伸，就能在一定程度上克服由焊缝收缩所引起的变形。例如，薄板对接焊后会产生波浪变形，就可以用锤在焊缝长度方向上对焊缝进行锤击来克服其变形。 7、选择合理的焊接方法 选用能量比较集中的焊接方法如CO2气体保护焊、等离子弧焊来代替气焊和手工电弧焊进行薄板焊接，可减小变形量。 焊接电弧 焊接电弧是一种强烈的持久的气体放电现象。在这种气体放电过程中产生大量的热能和强烈的光辉 。通常，气体是不导电的，但是在一定的电场和温度条件下，可以使气体离解而导电。 焊接电弧就是在一定的电场作用下，将电弧空间的气体介质电离 ，使中性分子或原子离解为带正电荷的正离子和带负电荷的电子（或负离子）， 这两种带电质点分别向着电场的两极方向运动，使局部气体空间导电，而形成电弧。 1、焊缝位置的影响 2.结构的刚性对焊接变形的影响3、装配和焊接顺序对结构变形的影响
M 管理与控制 anagement ＆ Control 65 薄板焊接变形控制工艺 马钢重型机械设备制造公司 （安徽马鞍山243000） 袁有轩 【摘要】在大面积薄板焊接工程中，焊接变形量的大小是衡量该铆焊件成功与否的重要标志，因此， 控制焊接变形是技术人员重视并致力于研究的课题。本文就夏顺项目焊接件驱动侧门的成功焊接制作经验，阐述控制薄板焊接变形的一些有效的方法。 驱动侧门是夏顺项目除磷导卫中典型的薄板焊接件，在常规工艺方法下焊接会产生较大面积的薄板（δ=3mm ）变形，整个面板部分平面度，最高点1cm ，最低边也有7 8mm 扭曲变形，不能满足图样位置公差的要求，因此，我们要制定详细的焊接工艺，通过严格控制各焊接参数来保证变形量。 1.结构件及变形基本形态分析 驱动侧门是由两块4400mm ?870mm ?3mm 主面板，并且在板反面焊接纵横向板条做骨架支撑结构，然后在通过之前做好的立柱在现场通过铰链焊接在一起，可自由开合的门体结构，其结构如图1所示 。 图1 大面积薄板焊接焊缝形式主要为对接和搭接。但这两种焊缝形式产生的变形基本一样，除产生横向收缩和纵向收缩外（见图2、3），还会产生失稳翘曲变形（见图4），即常见的薄板焊接后产生的鼓包。 2.焊接变形原因分析 （1）面积大，板比较薄，背面板条与薄板对接， 根据焊接件通用技术条件规定面板的平面度≤4mm ，这就要求在施工时根据理论与施工经验来制定严格的施工工艺，稍不注意就会使面板产生较大的凸起，给后续施工带来很大的麻烦。重新返修难度较大，同时会使生产成本大大地增加。问题产生原因主要
S 现场解决方案 olutions 66 是在焊接工程中由于对焊接应力和变形产生的机理不了解，焊接应力释放不完全，因此要合理的进行施工工艺安排，从而控制焊接应力。 （2）钢板受热不均产生变形，造成钢板扭曲。 3.焊接工艺剖析 图5给出了引起焊接应力和变形的主要因素及其内在联系。由图5可以看出，焊接时局部不均匀的热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。而热输入是通过材料、制造和结构因素所构成的内外拘束度而影响热源周围的金属运动，最终形成焊接应力的变形。材料因素主要为材料特性、热物理常数及力学性能。制造因素（工艺措施、夹持状态）和结构因素（构件形状、厚度及刚性等）则更多地影响着热源金属的外拘束度。随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为焊接瞬态应力与变化。而焊后，在室温条件下残留于构件中的内应力场和宏观变化，称为焊接残余应力与焊接残余变形。 图5引起焊接应力与变形的主要因素及其内在联系 4.优化焊接工艺确保焊接变形 （1）焊接方法先焊短焊缝后焊长焊缝，采取分段退焊，由内向外依次进行。如图1中的背面板条短缝，将其由内向外焊接为一体，可自由收缩为一整体长条。同理，焊完所有短缝，所有中心板都成为焊接后得到自由收缩、基本无应力的若干长条，然后再将每个长条由内向外连接起来，也属于在自由收缩状态下成形，这样焊接应力很小，变形也很小。 （2）分段退焊基本原理分段退焊的原理与间 歇焊和减少焊接热输入的原理基本是一样的，主要是缩小焊接区与结构整体之间的温差，从而减少变形；同时由于头尾相接的焊接顺序，前一段焊缝刚冷却下来，后一段焊缝的热量就会给前一段一部分，使其得到一次退火的机会，同时减小了前后的温差，因而消除应力、减少变形。根据实践经验，背面板条分段退焊，应以一根焊条为一个循环，一根焊条约焊200mm ，这样要比500 600mm 一个循环变形要小的多。这样焊的缺点是接头增加，降低美观程度，但比变形后再去处理变形要合算的多。 （3）由内向外依次进行的基本原理 如图1中 先焊中间部位横短板条再焊纵的长板条，因为两板相焊，焊缝会产生横向收缩和纵向收缩，又因内部是封闭部位，外部属自由端（越往外越明显），由内向外可使焊缝的横、纵焊缝自由收缩；反之，若先焊外部，自由端被固定，再焊内部时，焊缝的横、纵向收缩都会受到限制，因而产生较大应力，从而产生较大变形。 （4）由多名焊工均布对称施焊的基本原理 由 于不对称受热而引起变形，长条板不对称受热而引起变形。在面板的焊接中也要由多名焊工均布对称施焊，这样可以防止由于不对称受热引起偏心力而引起变形，若对称受热，即使有应力存在，也不会引起变形，且越往外越明显，这是因为两侧的应力相等而又有足够的宽度，不会使中心板产生弯曲。 5.结语 优化焊接方法后，整个门面板看上去很平整，通过检验整个面板高低差只有3mm 左右，顺利通过夏顺方面检验交付装配现场。 （20110230） 櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧櫧 李万君荣获“中华技能大奖” 继2010年底荣获中国北车长客股份公司“特等劳模”称号后，2011年2月22日，电焊工李万君又登上了我国“中华技能大奖”的领奖台。 “中华技能大奖”是国家对一线技术工人的最高褒奖，素有“工人院士”之称。之所以能从全国数十万技术工人中脱颖而出，因为李万君“代表了车辆转向架构架焊接的世界最高水平” 。（中工网—《工人日报》）
薄板焊接变形的影响因素及控制措施探微 发表时间：2018-09-04T14:40:06.387Z 来源：《防护工程》2018年第9期作者：魏栓张沛[导读] 但受到自身特性影响,薄板的焊接过程中经常会发生形变和收缩现象,基于此,本文主要对薄板焊接变形的影响因素进行了分析,并在此基础上替代了一定的控制措施,旨在提升薄板焊接水平,为技术创新提供工艺参数以及方案参考魏栓张沛 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000 摘要:工业建造过程中为减轻自重,提升结构强度,时常会选择工艺拘束较小,结构稳定易加工成型的材料进行焊接,薄板焊接结构由于构造简单,工艺性能好,在工业建造过程中得到广泛应用?但受到自身特性影响,薄板的焊接过程中经常会发生形变和收缩现象,基于此,本文主要对薄板焊接变形的影响因素进行了分析,并在此基础上替代了一定的控制措施,旨在提升薄板焊接水平,为技术创新提供工艺参数以及方案参考? 关键词:薄板焊接;变形;影响因素;控制措施 引言 造船?车辆等制造行业在进行薄板焊接时,会出现形态各异的局部变形,这不仅影响外观,降低结构的承载能力,而且极不容易校正,往往耗费大量的人力物力,还达不到要求?薄板结构焊接变形具有复杂性?多元性,要成功实现薄板焊接变形的控制,必需了解薄板焊接变形质量影响因素? 1薄板焊接变形的影响因素 1.1焊缝的结构位置 焊缝在船体结构中的位置错误是导致焊缝形变的原因之一,应保持焊缝与焊接截面中和轴的贴近，如距离较远则会产生幅度较高的变形。 1.2焊接结构的刚性 薄板焊接的结构稳定性和刚性决定了抗侧力水平,在水体航行过程中薄板承受的水平作用力不变的前提下,刚性强度的降低会降低使用寿命,提升形变程度? 1.3焊接装焊顺序 焊接装焊顺序会影响到构建装配的稳定性和刚性,甚至引发结构重心的偏移? 1.4工艺方法和焊接参数 焊接方法会影响到结构的热变形幅度,建议采用变形度小的断续焊;焊接参数(电流?电压?和焊接速度)应符合施工标准,焊接时电压和电流的增大都将诱发变形,焊接速度的滞后会加深变形幅度,保障焊接速度是控制变形的方案之一? 1.5焊接面 由于焊接面的大小会影响到变形幅度,焊缝的数量应在符合设计标准的前提下尽可能保持控制在合理范围内;焊接的材料要符合热物理性能指标,其比热容?导热系数都会影响到变形区间,膨胀系数也应当控制在质量标准内,降低变形几率? 1.6焊接方向 焊缝位置的变化会随着焊接方向的不同而变动,从而改变航行应力状态?此外,在进行预处理时应综合考虑形变条件,对变形原因进行深入调研,多方面制订合理措施控制焊接变形? 2薄板焊接变形控制措施 2.1整体加工流程 2.1.1基准孔的加工 零件数控加工时,通常采用两孔一面作为基准(利用零件本身具有的两个通孔作为加工基准孔)?此零件不算厚,在加工孔时,将其钻通即可,而且都是借用孔(先借用钻个定位小孔,后期铣切掉,按数模铣成两个大通孔)?在钻借用定位孔时,没有高精度尺寸的严格要求,容易加工?如果毛料很厚,在加工基准孔时加工成盲孔,避免孔太深导致孔垂直度不合格? 2.1.2内形粗加工 根据实际零件状态选用大直径刀具( 63R3)进行粗加工去除余量?为了减少零件控制变形,粗加工采用快进刀片浅切,每层切深1mm,并且需要跨槽加工,即不按顺序铣每一个槽,要先1槽?3槽?5槽……再铣2槽?4槽?6槽……?内外形的加强筋预留通过辅助夹具来控制加工变形?3.3精加工及闭角残留的处理在半精加工时,根据槽宽的大小,采用 40R3或 30R3刀具加工腹板?腹板加工到位后,再保证筋条和缘条的厚度尺寸?筋条与缘条相连接处的R角需要用 16R3的刀具保证,避免大直径刀具加工后的残留量,此零件在内形局部存在闭角?为了保证零件的重量要求,用 8R3刀具行切加工闭角残留处理,以满足设计需要?这样既保证加工后重量又保证数控加工后接刀光顺? 2.1.3刀具的选择及切削参数 整个切削过程中刀具的选择非常重要?粗加工时,要选择大直径刀具进行快进浅切,大直径刀具能提高加工速度;而后选用常用的 40R3或 30R3的刀具进行半精加工,更换刀具后,由于大直径刀具加工后转角的残留比较大,精加工时选择小直径的刀具加工时,转角处要提前处理—转角进行插铣?如不处理,粗加工后直接用小刀进行精加工,在转角处的吃刀量较大,容易打刀切伤零件? 2.2CO2气体保护自动焊对焊接变形的控制 2.2.1CO2气体保护自动焊的特点及施工工艺 1)由于焊接电流密度较大,电弧热量利用率较高,焊丝又是连续送进,焊后清渣比碱性焊条容易,因此提高了生产效率?2)CO2气体价格便宜,电能消耗小,所以焊接成本低?3)电弧加热集中,工作受热面积小,同时CO2气流有较强的冷却作用,焊接变形和应力小?4)焊缝含氢量少,抗裂性能好,焊接接头的力学性能良好,焊缝质量高?5)焊接过程可以观察到电弧和熔池的情况,故操作容易掌握,不易焊偏,有利于实现机械化和自动焊焊接?CO2气体保护焊是一种高效焊接方法,适用范围广,厚度不限,可进行全位置焊,可焊1mm以下薄板?根据内河船厂的实际情况,使用Φ1.2mm细丝,国产CO2焊机加辅助装置,焊接上层建筑薄板,获得理想的效果?
钢结构制造事业部焊接变形控制工艺 编制： 校对： 审核： 批准： 重庆建工工业有限公司 钢结构事业部 2015年6月11日
1 焊接应力 (2) 1.1焊接应力的种类 (2) 2 焊接变形 (2) 2.1焊接变形发生的原因 (2) 2.2焊接变形的主要形式 (2) 3 焊接变形的影响因素 (3) 3.1材料因素的影响 (3) 3.2结构设计因素的影响 (3) 3.3焊接工艺的影响 (3) 3.3.1焊接方法的影响 (3) 3.3.2焊接接头形式的影响 (3) 3.3.3焊接层数的影响 (4) 3.4焊接参数的影响 (4) 3.4.1电弧电压 (4) 3.4.2焊接电压过高 (4) 3.4.3焊接速度 (4) 3.4.4焊丝伸出长度 (4) 3.4.5焊枪倾斜角度 (4) 4 焊接变形的预防与控制措施 (5) 4.1设计措施 (5) 4.4.1尽量减少焊缝数量 (5) 4.4.2合理地选择焊接的尺寸和形式 (5) 4.4.3合理设计结构形式及合理安排焊缝位置 (5) 4.2工艺措施 (5) 4.2.1焊前预防措施 (5) 4.2.2焊接过程控制措施 (6) 4.3焊后矫正措施 (6) 4.3.1机械矫正 (6) 4.3.2加热矫正 (6)
1 焊接应力 焊接时，由于焊缝局部加热到高温状态，焊件温度均匀不分布，造成钢结构不均匀冷却收缩而产生变形。其次，在焊接时，由于不同焊接热循环作用引起金相组织发生转变，随之而出现体积的变化，当体积变化受到周围金属阻碍时便产生了应力，从而出现整体变形。 焊接变形分为局部变形和整体变形。局部变形指焊接结构的某部分发生变形，在焊接中易于矫正；整体变形指整个结构的形状或尺寸发生变化，是由于焊接在各个方向上收缩不均所引起的，这在焊接中尤为重要，一般不允许发生整体变形。焊接变形产生的原因很多，不均匀的局部加热和冷却是最主要原因。焊接时，焊件局部加热到熔化状态，形成了温度不均匀分布区，使焊接出现不均匀的热膨胀，热膨胀受到周围金属的阻碍不能自由膨胀而受到压应力，周围的金属则受到拉应力。当被加热金属受到的压应力超过屈服点时，就会产生塑性变形；焊接冷却时，由于加热的金属在加热时已产生了压缩的塑性变形，所以，最后的长度要比未被加热金属的长度短些，从而产生变形。 1.1焊接应力的种类 1.1.1热应力：又称温度应力。它是在不均匀加热及冷却过程中所产生的应力，它与加热温度和加热不均匀程度、焊件的钢度以及焊件材料的热物理性能等因素有关。 1.1.2相变应力：金属发生相变时，由于体积发生变化而引起的应力。 1.1.3装配应力：在装配和安装过程中产生的应力。 1.1.4残余应力：当构件上承受局部荷载或经受不均匀加热时，都会在局部地区产生塑性应变。当局部外载撤去后或热源离去，构件温度恢复到原始的均匀状态时，由于构件内部发生了不能恢复的塑性变形，因而产生了内应力，即残余应力。残留下来的变形即残余变形。 焊接过程中焊件的热应力是随时间而变化的瞬时应力，焊后残余下来，即为残余应力。 2 焊接变形 2.1焊接变形发生的原因 钢材的焊接通常采用熔化焊方法,把焊接局部连接处加热至溶化状态形成熔池,待其冷却结晶后形成焊缝,使原来分开的钢材连接成整体。由于焊接加热时还焊接接头局部加热不均匀,金属冷却后沿焊缝纵向收缩时受到焊件低温部分的阻碍，使焊缝及其附近区域受拉应力，远离焊缝区域受压应力。因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行,膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形，焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来，焊接变形因此产生。 2.2焊接变形的主要形式 焊接变形主要有收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和破浪变形五种基本形式。其成因如下： 收缩变形是由于焊缝的纵向（沿焊缝方向）和横向（垂直焊缝方向）收缩引起的 角变形由于V型坡口对接焊焊缝布置不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起的变形
行业资料：________ 控制压力容器管板焊接变形的方法 单位：______________________ 部门：______________________ 日期：______年_____月_____日 第1 页共8 页
控制压力容器管板焊接变形的方法 在压力容器制造中，由于在控制压力容器管板进行焊接时，没有对焊接工艺参数进行合理的选择，导致在焊接过程管板焊接变形，本文主要对控制压力容器管板焊接变形的方法进行探讨。随着科学技术的迅猛发展，压力容器被普遍应用到能源工业、石油化学工业、科研工业等工业的生产过程中。因为压力容器属于危险性比较高的一类物品,很容易出现燃烧起火、爆炸等情况，对相关人员和单位造成一定的经济损失和伤害。在压力容器在压力容器制造中，往往由于组装与施焊的顺序不当，以及焊接工艺参数选择的不合理，易引起管板焊接变形，导致密封不严，管子拉脱。因此，在压力容器制作的过程中,对密封性要求非常的高。为了有效的避免因为各种不利因素对导致压力容器的密封性降低,本文主要对控制压力容器管板焊接变形的方法进行探讨。管板焊接变形的原因及影响因素 管板焊接变形的原因主要表现在两个方面。一是主要是由于筒体与管板焊接的横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布引起的；管板与筒体的焊缝一般为单面单边V型坡口，焊接时焊缝的背面和正面的熔敷金属的填充量不一致，造成了构件平面的偏转，所以这种变形在客观上是绝对存在的；二是管板与筒体焊接角变形主要由两种变形组成，即筒体与管板角度变化和管板本身的角变形，前者相当于两个工件对接焊接引起的角变形，后者相当于在管板上堆焊时引起的角变形。而焊接变形的大小的主要取决于管板的刚性、焊接线能量、坡口角度、焊缝截面形状、熔敷金属填充量焊接操作等因素有关。根据管板变形的原因及影响因素，由于管板焊接不能实现双面焊，焊接时电流过大会引起烧穿伤及换 第 2 页共 8 页
造船中的焊接变形和反变形控制 1.研究背景 船舶工业是传统的劳动密集型装配制造业，焊接操作是其中主要的作业形式之一，焊接水平的高低在很大程度上决定了船体的质量和生产效率,而焊接变形又是焊接过程中最难控制的一环。焊接变形的存在不仅造成了焊接结构形状变异,尺寸精度下降和承载能力降低,而且在工作荷载作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是船舶结构早期失效的主要原因,也是造成船舶结构疲劳强度降低的原因之一[1]。焊接变形对现代造船技术的应用产生了障碍。由于焊接变形对船舶建造质量、成本和周期都具有重要影响，工业界一直对其非常重视，对焊接变形从实验和理论上进行了大量研究，希望能够对焊接过程进行有效预测和控制。反变形可以控制焊接变形，降低残余应力，且方法简单易行，在船舶行业有广泛的应用。 2.背景内容 针对造船中的焊接变形，国内外专家进行大量的研究。焊接过程是一个非平衡的、时变的、带有随机因素影响的物理化学过程，它涉及电弧物理、传质传热和力学等方面。至今对焊接过程变形的实时检测与监控仍是困难的，不仅需要特殊的方法，而且对设备的要求也很高。随着计算机软、硬件技术的快速发展，使得焊接热加工过程的数值模拟应运而生，实践证明数值模拟对于研究焊接现象是一种非常有用的方法。 2.1国外专家的预测和研究 20世纪30年代以来，许多苏联学者就开始了焊接变形计算与控制研究。如C.A.库兹米诺夫[2]研究了典型船体结构总变形和局部变形的计算方法，提出了减少和补偿焊接变形以及矫正主船体结构的解决方案。Greene和Holzbaur[3]开展了降低焊接残余应力和变形的研究，目前降低残余应力和焊接变形技术大多数由他们制定的法则演变而来。法国的国际焊接研究所对“焊接结构中残余
薄板焊接工艺方法-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
薄板焊接变形控制经验 薄板焊接变形的质量控制包括从钢板切割开始到装夹、点固焊、施焊工艺、焊后处理等，其中还要考虑所采用的焊接方法、有效地变形控制措施。 1、焊接方法对焊接变形的影响 合适的焊接方法需要考虑生产效率和焊接质量，所以焊接方法、焊接工艺和焊接程序显著影响焊接变形的水平。因此所采用的焊接方法必须具有高的熔敷效率和尽量少的焊道。 1.1尽可能减少不必要的焊缝； 1.2合理安排焊缝位置：焊缝位置应便于施焊，尽可能对称分布焊缝；1.3 合理地选择焊缝的尺寸和形式，焊缝设计为角焊缝、搭接焊缝（角焊缝焊接变形小于对接焊缝变形）； 2、点固焊工艺对焊接变形的影响 点固焊不仅能保证焊接间隙而且具有一定的抗变形能力。但是要考虑点固焊焊点的数量、尺寸以及焊点之间的距离。对于薄板的变形来说，点固焊工艺不合适就有可能在焊接之前就产生相当的残余焊接应力，对随后的焊接残余应力积累带来影响。点焊尺寸过小可能导致焊接过程中产生开裂使焊接间隙得不到保证，如果过大可能导致焊道背面未熔透而影响接头的美观连续性。点固焊的顺序、焊点距离的合理选择也相当重要。
3、装配应力及焊接程序对薄板焊接变形的影响 应尽量减少焊接装配过程中引起的应力，如果该应力超过产生变形的临界应力就可能产生变形。装配程序注意尽量避免强行组装，并核对坡口形式、坡口角度和组装位置， 对接接头焊接： 板厚≤2的无论单面焊还是双面焊都可以不开坡口， 对于板厚2.5~3.0mm双面焊可以不开坡口，但只能单面焊时，可以将坡口间隙放大到1~2mm或开坡口焊接； 板厚3.0~4.5mm双面焊时应在背面用小砂轮清根；只能单面焊时都应开坡口；
1、焊接变形的定义 在焊接过程中，焊缝金属和基材的冷热循环所引起的膨胀和收缩形成焊接变形。焊接时，沿 同一边持续焊接引起的变形比两边交叉焊接的变形大。在焊接引起的冷热循环中，很多因素 影响金属的收缩并导致变形，如金属在受热时其物理、机械性能发生变化。当热膨胀增加、 热量增大时(见图1)，焊接区域温度升高，焊接区域钢板的弯曲强度、弹性、热导性能将降低。 2、产生焊接变形的原因 在金属冷热变化过程中，应了解怎样产生变形、为什么产生变形。图2 为一组钢板冷热变化 时产生的变形示例。均匀加热钢板时，向各个方向均匀膨胀，见图2a。当钢板冷却至室温时，也是均匀收缩并恢复至原始尺寸。如果钢板在加热时给予刚性约束(见图2b)，两个侧边就不 会产生变形。但是，加热时钢板一定会膨胀，所以只能在无约束的垂直方向膨胀(厚度方向)，从而使钢板变得更厚。同样，当钢板温度降至室温时，也将在各方向上收缩(见图2c)，这样，工件就发生了永久性弯曲或扭曲变形。
在焊接受热过程中，膨胀和收缩作用于焊接金属和基材上，焊缝和基材因局部被加热而形成 很大的温度梯度。冷却时，焊接金属试图正常收缩至室温时的体积。但是，熔化的焊接金属 因基材而受到约束，焊缝金属和基材之间就会产生应力集中。焊缝附近区域因此产生应力集 中而伸展或弯曲或变薄，这些超过焊缝金属屈服应力的集中释放就形成了永久变形。当焊接 温度接近室温，整个基材受到约束而无 法变形，金属的伸缩应力接近屈服应力。如果约束(夹具固定工件或反收缩力)取消，残余应 力释放，基材将发生迁移，焊接工件将产生变形。金属内部结构因焊接不均匀的加热和冷却 产生的内应力叫焊接应力，由焊接应力造成的变形叫焊接变形。不同的焊接工艺引起的焊接 变形量不同。 3 影响焊接结构变形的主要因素和变形的种类 (1)影响焊接结构变形的主要因素。 a．焊缝在结构中的位置； b．结构刚性的大小； c．装配和焊接顺序； d．焊接规范的选择。 (2)焊接变形的种类。 a．纵向收缩和横向收缩(在焊缝长度方向上的收缩称纵向收缩，在垂直于焊缝纵向的收缩称 横向收缩)； b．角变形； c．弯曲变形； d．波浪变形； e．扭曲变形。 (3)从焊接工艺上分析，影响焊接收缩量的因素。 a．采用焊条电弧焊焊接长焊缝时，一般采用焊前沿焊缝进行点固焊，有利于减小焊接变形，同时也有利于减小焊接内应力。 b．备料情况和装配质量对焊接变形也会产生影响。 c．焊接工艺中影响焊缝收缩量的因素有： ①线膨胀系数大的金属材料其焊接变形大，反之焊接变形小。 ②焊缝的纵向收缩量随着焊缝长度的增加而增加。 ③角焊缝的横向收缩比对接焊缝的横向收缩小。 ④间断焊缝比连续焊缝的收缩量小。 ⑤多层焊时，第一层引起的收缩量最大，以后各层逐渐减小。 ⑥在夹具固定条件下的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量小，减少约40％～70％。
焊接变形的种类。 焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种，见图1，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。 2 焊件在什么情况下会产生纵向收缩变形？ 焊件焊后沿平行于焊缝长度方向上产生的收缩变形称为纵向收缩变形。当焊缝位于焊件的中性轴上或数条焊缝分布在相对中性轴的对称位置上，焊后焊件将产生纵向收缩变形，其焊缝位置见表1。
焊缝的纵向收缩变形量随焊缝的长度、焊缝熔敷金属截面积的增加而增加，随焊件截面积的增加而减少，其近似值见表2。 表2 焊缝纵向收缩变形量的近似值（mm/m） 对接焊缝连续角焊缝间断角焊缝 0.15～0.3 0.2～0.4 0～0.1 注：表中所表示的数据是在宽度大约为15倍板厚的焊缝区域中的纵向收缩变形量，适用于中等厚度的低碳钢板。 3 试述焊缝的横向收缩变形量及其计算。 焊件焊后在垂直于焊缝方向上发生的收缩变形称为横向收缩变形，横向收缩变形量随板厚的增加而增加。低碳钢对接接头、T形接头和搭接接头的横向收缩变形量，见表3、表4。
对接接头横向收缩变形量的近似计算公式，见表5。 表5 对接接头横向收缩变形量的近似计算公式坡口形式横向缩短量计算公式 Y形双Y形△L横=0.1δ①+0.6 △L横=0.1δ+0.4 ①δ——板厚（mm）。 当两板自由对接、焊缝不长、横向没有约束时，横向收缩变形量要比纵向的大得多。 4 焊件在什么情况下会产生弯曲变形？ 如果焊件上的焊缝不位于焊件的中性轴上，并且相对于中性轴不对称（上下、左右），则焊后焊件将会产生弯曲变形。如果焊缝集中在中性轴下方（或下方焊缝较多）则焊件焊后将产生上拱弯曲变形；相反如果焊缝集中在中性轴上方（或上方焊缝较多），则焊件焊后将产生下凹弯曲变形。又如果焊件相对焊件中性轴左、右不对称，则焊后将产生旁弯，焊件产生弯曲变形的焊缝位置，见表6。
板，如上层建筑采用δ=2.5 -4毫米较高强度的903钢板，加工、装配后有较大的内应力，焊接后会比普通钢板产生更大的变形；同时， 上层建筑在设计中不参与总强度计算。这样对上层建筑的建造来说，防止薄板焊接变形便成了主要的质量 问题。 导致薄板焊接变形的影响因素很多，目前对薄板焊接防变形技术的研究，主要侧重于工艺技术的研 究。在进行了大量的调查研究和工艺试验后，在生产中摸索出一套行之有效的控制方法，主要措施如下。 优化板缝布置，精确控制余量 优化板缝布置在施工设计图纸上，板缝的布置是根据船舶结构设计和板材的规格来决定的。实际 采购的板材规格往往与设计的规格有所不同，需要重新布置板缝；同时设计图纸中的板缝布置往往对工 艺性考虑不周，容易引起焊接变形。所以开工前必须仔细分析板缝布置情况，将实际的数据进行优化排 列，以减少焊接引起的弯曲变形。优化板缝布置的四个原则为：尽量把焊缝布置成与中心轴相对称；在 满足规范的前提下，把板缝设置在结构件附近，借助结构件的刚性来减少焊缝变形；在多板组成的壁板 和平台尽量使用大板，减少焊缝数量；在焊缝相交中尽量布置成“十”字接头，避免“T”字接头的出现。 讲究余量分布，提高无余量下料装配率为了保证薄板结构装配的尺寸，在传统的施工工艺中，一般 结构都留有一定的余量，留待装配时再进行切割。这样的施工方法，虽然能保证分段尺寸的质量，但由
于在装配过程中的二次切割，增加了受热的变形和内应力，对分段变形的控制和后续工序的施工都带来 了不利的影响。经分析确定，改变传统做法，采取在分段接头处单边留有余量，其它位置一律改为不留 下料余量，使大部分板材下料剪切一次成功。采取这样的措施，在施工中可减少加热次数和加热量，有 效控制装配过程薄板的变形。 实行焊后滚平和无码焊接技术 板缝焊后滚平薄板焊接无论事前采取何种预防措施都只能减少变形量而不能消除变形，焊接后变 形是难免的。按传统工序拼板焊后安装构架，这样板部位变形很难处理，靠火工校正，一方面很难收到 理想效果，另一方面火工多了又会出现橘子皮现象。采取构架安装前先消除拼板焊接变形的措施，把切 割好的薄板放在固定平台上装焊，焊后用十三星滚平机滚压消除焊接变形。由于用机械的方法消除焊缝 的焊接变形，减少了火工工作量，也为构架安装和最终减少总体变形打下了基础。 推行无码焊接在以往的造船中，焊了许多拉码把钢板固定于胎架上是保证线型和防止变形的主要 工艺，这种方法给薄板带来的码脚印和弧坑，需进行大量的割、批、补、磨等工作。既增加了变形又损 伤了钢板，为改变这一状况，采用无码焊接技术，可有效控制薄板焊接变形。现行施工工艺采用的无码 焊接工艺是： 使用磁吸码，用磁力把钢板固定于胎架上，不至损伤钢板，也避免了繁杂的修补工作。 以压代拉，在平台或胎架上安装板材时采用压铁压紧来实现线型吻合和防止变形。 先装构架后焊板缝，确实需要在胎架上焊接的板缝，也要改变传统的先焊板缝后装构架的做法，采 用拼板后先进行构架安装，装好构架后一起烧焊，利用构架来限制板的焊接变形。 限制使用工艺拉条，在上层建筑分段、总段装配中不轻易采用焊拉条和支撑，尽量利用纵横壁板自 身相互的支持来实现定位，必须要焊支撑或拉条时也只能焊在构架上，绝不允许焊在板中。 实施全方位CO2气体保护焊 薄板的焊接变形是因为板材受到不均匀的局部加热和冷却的影响，内部产生了不均衡应力所引起的， 变形的大小与输入的热量有密切的关系，减少热量的输入是控制变形的有效措施。采用下面公式计算手 工焊和CO2保护焊的能量输入，分析对比发现，采用CO2气体保护焊可大大地减少热量的输入。 Q=0.2ηUI/V 式中：
焊接变形的控制及预防措施探究 焊接过程中，由于焊缝金属和基础材料的冷热循环问题所引发的收缩、膨胀，被称之为是焊 接变形问题。在进行焊接工作的时候，沿着同一边进行焊接，可能会引发变形超过两边交叉 焊接，并且由于焊接所引发的冷热循环中，会对金属的收缩性造成影响，并导致变形问题的 出现，像金属在受热过程中，其机械、物理性能都会有所变化，当热膨胀增大、热量增大的 时候，焊接区域的温度会升高，进而导致焊接区域钢板的弹性、强度和热导性能出现降低的 情况。 1 焊接应力和焊接变形的定义 在钢结构焊接过程中，由于焊接时产生的热源以及焊接热循环的影响，使焊件不均匀受热， 在焊件上形成了不均匀的温度区域，致使焊件根据钢结构的特性不均匀的收缩及膨胀，使焊 件内部形成焊接应力引起形变。焊接应力根据焊件材质、焊接时施工方法、焊接工艺及固定 时的拘束程度等，造成不同的焊接应力大小及分布，按照焊接应力作用方向可将其分为三大类，分别为单向力、双向应力及三向应力。薄板的对接焊划归为双向应力；大厚度焊件、丁 字焊缝划归为三向应力，其具有纵向应力、横向应力及厚度方向产生的应力。三向应力会使 钢结构的脆性断裂更易发生，降低材料的塑性，是一种存在安全隐患的应力状态。焊接残余 应力和变形，对钢结构的承载能力以及构件的加工精度有着很大的影响，施工中应该从源头 抓起，强化设计方案，增强焊接工艺、焊接方法的精确度，降低焊接应力和残余变形对钢结 构造成的影响。 2 导致焊接变形的原因 1)焊接应力的产生是导致焊接变形最主要的原因。焊接工件的大小程度，复杂情况会产生大 小数量不等的复杂焊缝。在处理焊缝的过程中，就有难以预测的复杂应力产生，从而导致焊 接变形。变形度越大那么工件的外观和质量就会受影响。甚至可能会报废，或发生安全事故，造成经济损失。2)受焊接材料的影响。焊接材料的质量好坏对焊接变形会产生影响。材料基 本都是金属，金属本身有特殊的热物理性。焊接材料的热传导系数越大，温度梯度较小，这 样焊接变形的几率也就越小。焊接是向母材料焊口加热，让其产生高温，使焊材与母材料完 全融合。如果在加热过程中，受热不均匀，都会导致焊接变形。3)焊接结构的设计。焊接结 构因素是焊接变形的最大原因。焊接结构设计非常复杂。工件自身是拘束体，它随焊接而慢 慢变化。所以工作的难度比较大。焊接会出现数量、结构不一样的焊缝。如果焊缝的结构复杂，焊接就更难掌握。因为一部分结构件设计繁琐。技术含量要求比较高，所以对焊接的各 环节的要求都很严格。假设焊接结构设计不合理，其中随便哪一个地方出现问题，都会出现 焊接变形的情况。4)没有制定合理的焊接工艺。不合理的焊接工艺会影响产品的质量和生产 效率。焊接工艺也考验师傅的手艺。当然，对技师的要求也必须要高。焊接时所需要的电压、工件的固定、焊接的前后顺序，怎么选择合理的焊接设备，等各方面用到的工具都是焊接工 艺对焊接变不变形的重要影响部分。这就需要丰富的理论知识和实践经验的技师来制定合理 的焊接工艺。 3 钢结构焊接变形与焊接应力的分类 3.1 钢结构焊接变形的种类 钢结构焊接变形可以分为两大类，即为面内变形和面外变形。而面内变形可分为纵向收缩变形、焊缝回转变形及横向收缩变形三小类，面外变形多为弯曲形变、扭曲形变、角形变及失 稳波浪形变等。其中，钢结构多表现为纵向收缩变形和横向收缩变形，而在不同焊件中，这 两种变形往往会因焊缝的数量及位置分布不同，表现出其他形式的变形。 3.2 残余应力的分类
薄板结构件焊接变形的控制与矫正 一、前言 薄板结构件一般指由厚度不大于4毫米的钢板（包括不锈钢板、镀锌板、白铁皮）组焊而成的结构件。在焊接过程中,不可避免会产生一些变形,下面就针对变形控制与矫正进行探讨。 二、焊接变形产生的原因 电弧焊是一个不均匀的快速加热和冷却的过程，焊接过程中及焊后，焊接构件都将产生变形。影响焊接变形最根本的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件。在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形，这就产生了焊接残余变形。 二、焊接变形产生的原因 电弧焊是一个不均匀的快速加热和冷却的过程，焊接过程中及焊后，焊接构件都将产生变形。影响焊接变形最根本的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件。在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形，这就产生了焊接残余变形。 二、焊接变形产生的原因 电弧焊是一个不均匀的快速加热和冷却的过程，焊接过程中及焊后，焊接构件都将产生变形。影响焊接变形最根本的因素是焊接过程中的热变形和焊接构件的刚性条件。在焊接过程中的热变形受到了构件刚性条件的约束，出现了压缩塑性变形，这就产生了焊接残余变形。 （一）影响焊接热变形的因素 1.焊接工艺方法。不同的焊接方法，将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说，自动焊比手工焊加热集中，受热区窄，变形较小。CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小。 2.焊接参数。即焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量越大，随焊接速度增大而减小。在3个参数中，电弧电压的作用明显，
因此低电压高速大电流密度的自动焊变形较小。3.焊缝数量和断面大小。焊缝数量越多，断面尺寸越大，焊接变形越大。4.施工方法。连续焊、断续焊的温度场不同，产生的热变形也不同。通常连续焊变形较大，断续焊变形最小。5.材料的热物理性能。不同的材料，导热系数、比热和膨胀系数等均不相同，产生的热变形也不相同，焊接变形也不相同。 （二）影响焊接构件刚性系数的因素 1构件的尺寸和形状。随着构件刚性的增加，焊接变形越小。2胎夹具的应用。采用胎夹具，增加了构件的刚性，从而减少焊接变形。3装配焊接程序。装配焊接程序能引起构件在不同装配阶段刚性的变化和重心位置的改变，对控制构件的焊接变形有很大的影响。一般来说，焊接构件在拘束小的条件下，焊接变形大，反之，则变形小。 三、薄板结结构焊接变形的种类 任何钢结构的焊接变形，可分为整体变形和局部变形。整体变形就是焊接以后，整个构件的尺寸或形状发生的变化，包括纵向和横向收缩（总尺寸缩短），弯曲变形（中拱、中垂）和扭曲 变形等。局部变形是指焊接以后构件的局部区域出现的变形，包括角变形和波浪变形等。 四、控制薄板结结构焊接变形的原则与方法 焊接过程中的热变形和施焊时焊接构件的刚性条件是影响焊接残余变形的两个主要因素。根据这两个主要因素可以认为焊接残余变形是不可避免的，即完全消除焊接变形是不太可能的。控制焊接残余变形必须从薄板结构件设计和施工工艺两个方面同时采取措施。