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焊接工藝對不銹鋼焊接變形的研究
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摘要：當今，不銹鋼焊接工藝作為一種實用的技術手段，已經被我們廣泛使用。從小零件到航空航天，都有它的身影，應用非常普遍。但是有一個問題困擾了許多學者多年，那就是焊接過程時刻伴隨著焊接應力，這種焊接應力將會導致焊件產生變形，嚴重影響了焊件的質量。隨著社會發展，這個問題使焊接工藝面臨很大的挑戰，為了能讓它更好的服務我們的生活，我們必須對它有新的認知，深入了解它的產生的原因、影響以及應對措施，給予全方面的定位，做到與時俱進。本文系統的研究了不銹鋼焊接變形的問題。
+ [, N$ q5 e$ J- |1 g0 ?關鍵詞：不銹鋼焊接工藝焊接應力焊件變形原因影響應對措施
+ l6 ]5 a0 J: x+ Z2 j1 Z& O前言：焊接工藝是現代工業中一種不可缺少的加工工藝方法之一。簡單的說，焊接工藝就是通過加熱、加壓將兩個物體鏈接起來。焊接過程中由于時刻存在應力，在焊縫冷卻后難免會產生一些焊接變形，如橫向收縮、縱向收縮、角變形和縱向彎曲等，焊接變形不僅影響結構的美觀，并且嚴重影響在使用中的裝配性。焊接工藝發展的前景非常廣闊，實用性也毋庸置疑，如果我們樹立正確的理念，深入了解學習，相信它會給我們帶來巨大的收益。
4 T& t. d/ Z! k: ?3 h" e) [# ]6 W1. 不銹鋼焊接變形的種類/ F9 s0 p h0 M, d: N
焊接變形種類繁多，情況復雜，主要有收縮變形（橫向收縮、縱向收縮）、角變形、彎曲變形、波浪變形以及扭曲變形等。
/ A& A' L% Z4 B9 C1.1 收縮變形（橫向收縮、縱向收縮）
$ t p! A9 ~7 d" ?! R焊件尺寸比焊前縮短的現象稱為收縮變形，此類變形又分為縱向收縮和橫向收縮。焊件在焊后垂直于焊縫方向的收縮叫橫向收縮。焊件在焊后沿焊縫長度方間的收縮稱為縱向收縮。
2 H; p! v% ]" [# {, w1.2 角變形- V% G0 E- [+ E) {9 L- Y
角變形產生的根本原因如下，焊縫的截面總是上寬下窄，因而橫向收縮量在焊縫的厚度方向上分布不均勻，上面大、下面小，結果就形成了焊件的平面偏轉，兩側向上翹起一個角度，從而產生了角變形。角變形的大小以變形角α進行度量。6 U- u& j c; q
1.3 彎曲變形; e, [7 g- i5 V$ \* m+ g% k
彎曲變形主要是指結構上的焊縫布置不對稱或焊件斷面形狀不對稱時，焊縫收縮引起的變形。
5 W( K$ {4 ]5 g% l+ e5 h8 r3 B' ]1.4 波浪變形
1 k' s) ]" ~* L0 E5 s焊后構件產生形似波浪的變形稱為波浪變形。此類變形通常發生于板厚小于6mm的薄板焊接過程中，又稱之為失穩變形。薄板對接焊后，存在于板中的內應力，在焊縫附近是拉應力，離開焊縫較遠的兩側區域為壓應力，如壓應力較大，平板失去穩定就產生波浪變形。此外，當焊件上的幾條角焊縫靠得很近時，由每角焊縫所引起的角變形連貫在一起也會形成波浪變形。" Q; ^9 Y* v3 j7 S5 x3 I: w
1.5 扭曲變形0 A' b0 Z& ^3 L% u9 j9 Y
產生的原因主要是焊縫角變形沿焊縫長度方向分布不均勻。一般發生在有數條平行的長焊縫的焊件上，如焊接工形梁。扭曲變形的產生往往與焊接方向或順序不當有關。
/ u) O$ F6 z5 z1 A$ g2. 不銹鋼焊接變形產生的原因
' v& d+ o1 Z. D% w: T) K L& C5 z3 |焊接變形是由焊接時不均勻加熱引起的，熱源只集中在焊接部位，且以一定速度向前移動，局部受熱金屬的膨脹能引起整個焊件發生平面內或平面外的各種形態的變形。確切地說是焊件焊后殘存于結構中的殘余變形，它與焊件的形狀尺寸、材料的熱物理性能及加熱條件等因素有關。對所有熔化式焊接，在焊縫及其熱影響區都存在較大的殘余應力，殘余應力的存在會導致焊接構件的變形、開裂并降低其承載力。同時，在焊縫的焊趾部位還存在凹坑、余高、咬邊造成的應力集中，而焊趾出的熔渣缺陷、微裂紋又形成了裂紋的提前萌生源。由于受殘余拉應力、應力集中和裂紋萌生源的影響，焊接接頭的疲勞壽命大大降低。殘余應力都集中在焊縫附近，當焊接殘余應力與承載的工作應力疊加，其數值超過材料的屈服極限時，工件就會再焊縫附近產生焊接變形，斷裂等現象。
& T6 l! q0 C6 h/ @* J3 q3 A2 k3. 焊接變形對不銹鋼性能的影響
( D' i! g/ f& m% ]6 U焊接變形是焊接結構制造過程中最常見的問題之一，它是使不銹鋼結構產生變形和開裂的主要原因。鋼結構是鋼材通過一定的設計方法做成構件，構件再通過一定的連接方式連接成的整體結構承力體系或傳力體系。目前不銹鋼結構最主要的連接方式就是焊接。但由于焊接物理過程十分復雜，快速的不均勻加熱與冷卻，將不可避免地產生焊接變形，這將對不銹鋼結構的安裝精度有很大影響，而且過大的變形將顯著降低不銹鋼結構的承載能力。在焊接過程中，在焊縫附近的熱影響區內，不銹鋼鋼材的組織發生改變，導致局部材質變脆，將會出現細小裂紋，焊接結構對裂紋很敏感，局部的裂縫一旦發生，就容易擴展到整體。伴隨著現代科學技術的進步，人們必須不斷地認識焊接變形產生的原因，掌握焊接變形規律，才能在不銹鋼焊接結構制造過程中實施合理的控制方法。
9 N) b/ C4 G2 T8 Q0 S4. 應對焊接變形的措施, s0 p' w. E2 Q/ _8 q& l1 X
焊接變形的改進包括：選擇合理的焊縫形狀和尺寸；減少焊縫數量；合理安排焊縫位置等。下面將從上述方面介紹一下應對焊接變形的措施。
8 i/ I; {0 e+ M" F. {, p4.1 采用合理的焊接順序控制變形) q; O p/ t+ n+ ]
焊接平面上的焊縫，要保證縱向焊縫和橫向焊縫能夠自由收縮。而且要先焊收縮量較大的焊縫。對長焊縫來說宜采用分段焊法。對于對接接頭、T形接頭和十字接頭坡口焊接，在工件放置條件允許或易于翻身的情況下，宜采用雙面坡口對稱順序焊接。對于有對稱截面的構件，宜采用對稱于構件中和軸的順序焊接。對于非對稱截面的構件宜采用先焊深坡口側部分焊縫、后焊淺坡口側、最后焊完深坡口側焊縫的順序。
- ]; M# K1 ^% p0 w+ x4.2 反變形法
: l4 m6 Z- M3 W: m) f t3 A3 g為了抵消和補償焊接變形，焊前先將焊件向與焊接殘余變形相反的方向進行人為的變形，這種方法稱為反變形法。反變形法是生產中最常用的方法，通常適用于控制焊件的角變形和彎曲變形。由于其簡單有效，生產上常用于大型箱形構件的合攏。' W1 d5 ^4 k& j: H$ Z1 K$ `
4.3 剛性固定法
8 i7 W9 q" w7 w o7 p8 P# `利用夾具、支撐、專用胎具、定位焊等方法來增大結構的剛性，減小焊接變形的方法稱為剛性固定法。剛性固定法減小變形很有效，且焊接時不必過分考慮焊接順序，然而，所有事物都具有兩面性，它也有它的缺點。有些大件不易固定，并且焊后撤除固定后，焊件還有少許變形和較大的殘余應力。. a1 d; h" @/ l# E t8 {( A
4.4 散熱法
4 T1 k) C2 J; ]8 C- h) f散熱法又稱強迫冷卻法。就是在焊接時用強迫冷卻的方法把焊接處熱量散走，使焊縫附近的金屬受熱面大大減小，從而達到減小變形的目的。散熱法有水浸法和散熱墊法。但散熱法比較麻煩，且對于淬火傾向大的鋼材不宜采用，否則易裂。* v: `. V7 k" r# g% J
4.5 自重法: @( |2 ^; b4 p) }- f
利用焊件本身的質量在焊接過程中產生的變形來抵消焊接殘余變形的方法稱為自重法。. `0 u' l- M# y& P+ H) `- t5 e- ~: U, a
4.6 錘擊焊縫法% m7 R( ^+ _/ g5 ~" |) E
錘擊焊縫法，即用圓頭小錘對焊縫敲擊，可減少焊接變形和應力。因此對焊縫適當鍛延，使其伸長來補償這個縮短，就能減小變形和應力。錘擊時用力要均勻，直至將焊縫表面打出均勻致密的點為止。# x8 [6 Z, l# E4 W+ i5 n
4.7 焊后熱處理* w, ?5 D# ^# m9 J2 S
采用焊后熱處理方法的確可以在一定程度上消除焊接殘余應力，但對于有些大的焊接結構件而言，焊后熱處理是難以實現的。
% s3 b2 }) M' o: ?0 r+ U/ z% ]- l5. 結語：: F. @4 A8 [! K* O! `
在現代工業技術日益發展的今天，焊接工藝仍不可或缺，焊接工藝在很長一段時間內仍將會被應用于各個行業。焊接工藝的應用范圍很廣，大量運用在航空航天、汽車制造及維修、船舶、五金等制造業中。焊接工藝包含的知識很多，我們現在接觸的知識一小部分，時代在進步，科學技術更在進步，我們要想更深的了解焊接技術，就必須加深理念，虛心務實，了解它的發展方向，與時俱進，斧正自己思想的航向，提出新的思想，這樣科學才會發展，時代才會進步。; o- O; h# T" o8 K
參考文獻：& ~1 X3 v5 M: x: R
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發表于 2016-7-20 16:03:45
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