关于焊接反变形控制的方法

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2015年21期 29

关于焊接反变形控制的方法

李萌浩1

李文勇2

1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000

2.河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000

摘要：零件或者产品等，焊接过程中会有几率发生变形现象的，也就指的是焊接残余变形，而在焊接残余变形现象中，产生的因素涉及的内容是有很多的，比如焊件的外观和形状、其尺寸不同、焊件的结构等，都会引发焊件产生变形。 关键词：焊接；反变形；控制 中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)21-0029-02

1 焊接变形的主要形式

还接变形的形式很多，主要集中在收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形和错边变形等。

1.1 焊接材料因素

焊接材料和母材料的材质对焊接变形都会产生影响，通常来说，焊接材料和母材料均为金属制品，金属特有的热物理性能参数和力学性能参数都对焊接变形的产生过程有重要的影响。材料的热传导系数将直接决定焊接变形，一般热传导系数越大，温度梯度越小，对焊接变形的影响越小。材料的力学性能中热膨胀影响最为显著，另外材料在高温区的屈服极限和弹性模量也会影响焊接的质量。

1.2 焊接结构因素

焊接变形的影响因素中影响最大的是焊接结构的设计，也是最复杂的因素。其总体原则是随拘束度的增加，焊接残余应力增加，而焊接变形则相应减少。焊接时，结构工件本身的拘束度是随着焊接的进行而不断变化的，一般来说，结构非常复杂时，其自身的拘束度作用在焊接过程中的主导作用将非常显著，结构本身在焊接过程中，其拘束度随复杂程度增加。通常在设计焊接结构时，需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性，这会造成工作了的加大和焊接变形分析的难度。

1.3 焊接工艺因素

相对于焊接材料和焊接结构等因素来说，焊接工艺对焊接变形的影响要复杂多样些，其影响方面也更多样化。焊接工艺对焊接变形的影响方面包括焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位、固定方法、焊接顺序、焊接胎架、夹具的应用等。其中焊接顺序对焊接变形影响最为显著，一般情况下，改变焊接顺序可以改变残余应力的分布及应力状态，减少焊接变形。另外，多层焊以及焊接工艺参数也对焊接变形有十分重要的影响。

2 焊件预制反变形原理及影响因素 2.1 焊件预制反变形原理

要想知道焊件预制反变形的基本原理，必须搞清平板对接接头角变形产生的机理。已经知道。这种角变形产生的根本原因是，焊件横向收缩变形在厚度方向的不均匀分布。中厚平板对接接头，通常需开V 型坡口，焊接接头的上部焊缝的收缩变形大（横向应力小），下部焊缝的收缩变形小（横向应力大），这样就造成了构件平面的偏转，如图1所示。

图1 平板对接接头角变形的形成过程

所谓预制反变形法，是在掌握其角变形原理和变形规律的基础上，预先估计好结构变形的方向和大小，然后在装配

时，人为地给构件一个数值相等、方向相反的变形，该变形

与焊接产生的变形相抵消，最终使焊后构件保持设计要求。该项工作中，构件的变形方向较易确定，而变形角的大小却难以信手拈来，必须通过试验或计算获得。这就使该方法具有一定的经验性和实用价值，也正是本文所要讨论的内容。

2.2 焊件预制反变形的影响因素 2.2.1 试板尺寸

尤其是板厚，试件越厚，焊接层数越多，接头的角变形越大，焊件预置反变形角度应越大。

2.2.2 坡口角度、间隙 坡口角度越大，填充焊缝量就越大，接头的角变形越大，焊件预置反变形角度应越大。

2.2.3 焊接参数

焊接热输入量越大，接头角变形越大；但是焊接热输入量大到极值时，如电渣焊时，角变形反而变小，这种情况是少见的。

2.2.4 试板材质

不同的金属材料，热物理性能不同，尤其是线胀系数的差异，致使在同样热源下焊件接头角变形不同。

2.2.5 焊接方法及工艺

焊接方法不同，热源引起的温度场分布不同，焊件接头角变形不同；焊接工艺不同（如多层焊比单层焊角变形大，焊接层数越多，角变形越大，多道焊比多层焊角变形大），焊件预置反变形角度亦不同。

可以看出，焊件预制反变形的影响因素较多，虽然各影响因素的影响规律较为明显，可是更为重要的是必须获取焊件接头预置反变形的定量数据。通常是在焊接结构的材质、板厚、坡口形状、焊接位置、焊接材料、焊接方法，以及焊接参数等技术条件确定之后，并且预知接头角变形方向和大小情况下，才有可能采用预制反变形法有效控制接头的焊接变形。

3 焊接残余变形的预防和矫正 3.1 设计

3.1.1 尽可能减少焊缝数量

设计焊接结构时尽可能减少焊缝数量，避免不必要的焊缝。尽可能用型钢、冲压件代替焊接件。例如，采用压型结构代替筋板结构可以有效防止薄板的变形。对于自身要求不高的结构件可以适当增加平板的厚度，这样可以减少筋板数量，从而减少焊接和变形的矫正量。

3.1.2 选择合理的焊缝尺寸和形状

（1）对于板厚较大的对接接头偏重取 X 形坡口代替 V 形坡口，因为对一定厚度的板，X 形坡口的熔敷金属量大约比 V 形坡口少 1/2。对于更大板厚的对接接头可采用 U 形、双 U 形甚至窄间隙深坡口焊缝，以减少焊接变形。

（2）在保证结构有足够承载能力的前提下，应采用尽可能小的焊缝尺寸。对于不需要进行强度计算的 T 形焊接接头，选取最小的工艺上合理的焊缝焊脚尺寸。同样最小焊脚尺寸时，用断续焊缝比用连续焊缝更能减少变形。

（3）对于受力较大的 T 形接头或十字接头，在保证相同强度条件下，采用开坡口角焊缝比一般角焊缝可以大大减少焊缝金属，减少焊接变形。

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3.2 工艺 3.2.1 反变形

焊接前将结构或部件装配成具有焊接变形相反方向的预先变形。反变形的程度应该能抵消焊后形成的变形。图 2 为反变形的应用 （见图 2）。

图2 焊接反应形示意

3.2.2 刚性固定法

对于刚性小的结构，可以通过采用胎夹具或其他临时支撑的方法，增加结构在焊接时的刚性，达到减小焊接变形的目的。构件本身刚性越大，则刚性固定法效果越差，所以对控制大刚度构件的弯曲变形效果较差，而对角变形和波浪变形较有效。

3.2.3 加裕量法 焊前焊后热处理

在工件尺寸上加上一定的收缩裕量，以补充焊后的收缩。通常裕量为 0.1%～0.2%。采取焊前预热焊件的措施可以减少焊接应力，从而减少焊接变形。焊件焊后进行去应力退火可消除残余应力，避免在应力作用下的变形。

3.2.4 选用合理的焊接方法

（1）选用能量密度高的焊接方法，如采用二氧化碳气体保护焊、等离子弧焊和手工点弧焊进行薄板焊接可以减少变形量。

（2）采用较小的焊接线能量可减少焊接变形量。但在实际生产中要考虑生产率，焊接线能量不宜过低。

（3）焊接不对称的构件，通过选用不同的焊接参数，可以控制和调节弯曲变形。如图 3 所示的截面不对称的梁 （见图 3），焊缝 1 和 2 到中心轴的距离 e 比焊缝 3 和 4 到中心轴的距离大，焊后引起的变形也大。如果焊缝 1 和 2 采用比焊缝 3 和 4 小的规范参数，且用多层焊代替单层焊接，上下弯曲变形可抵消，从而减少弯曲变形。

3.2.5 选择合理的装配焊接顺序 （1）构件在装配过程中，侧面中心位置不断发生变化，因而焊接变形也变化。利用这一特点，把结构适当分成部件，

图3 不对称构件焊接示意

分别装配焊装，使不对称和收缩量较大的焊缝在焊接过程中能比较自由地收缩而不影响整体结构，然后拼焊成整体。这样，有利于控制变形，矫正也比较容易。

（2）分布在侧面中心线两侧的焊缝，一般来说，先焊的一侧的焊缝产生的弯曲变形比后焊的一侧的焊缝产生的弯曲变形要大，因此焊接顺序总的规律是先焊焊缝少的一侧。对于截面形状对称的结构，尽可能采用对称焊接方法。

4 结语

在对焊件的反焊接变形控制中，需要根据实际中的焊件的变形情况，配合相应的工艺，才能在控制焊接变形中更有有效。

参考文献

[1]庞勃.挖掘装载机装载动臂焊接变形的控制与校正[J].金属加工(热加工)，2011(12):71-72.

[2]杨志，周燕.焊接反变形在施工中的应用[J].中国高新技术企业，2009(23):156-157.

偿”的原则，明确生态补偿的主体及补偿的范围。在进行水利工程建设时，应在水利工程建设资金中提留一部分资金，用于对当地的生态进行补偿，来改善当地的生态环境，促进当地的生态平衡。可以说构建生态补偿机制，还原生态以价值，不仅是缓解水利工程在建设过程中对环境的破坏，而且也有利于促进当地的经济发展，符合构建和谐社会的精神。在当前环境保护事业不断发展和改革的基础之上，加强对相关治理事业的分析和研究，并且保证水利水电工程补偿机制的系统化、科学化和合理化，才是真正意义上使得相关工作可以收到基本成效的关键点。

同时对工作的政策和主导性的工作方案等进行集中性的分析，在水利水电工程补偿机制之中还应当加强相关环保部门对于环保指标的检测和控制力度，不断的引入新的标准和新的检测体系，实现对现有制度的完善，同时还应当大力的促进和推动水利水电工程补偿机制的创新，促进相关的技术发展，旨在以此为基础更好的实现相关事业的创新和发展，以实现技术参照指标的进步。

4.6 固体废弃物处理方式

施工废渣和生活垃圾应按照《中国人民共和国固体废弃物污染环境防治法》，按设计和合同文件送至指定的弃渣场。一是按照标准将弃渣有序地堆放和利用，弃渣场要进行表土

剥离，并将剥离的表土合理的堆埋。二是规划渣场地表的排水系统。确保渣场边缘层的稳定，禁止将固定废弃物随意倒入河中，降低河道的泄洪能力。施工后期对渣场坡面和顶面的整治，是场地平顺，进行复耕或覆土绿化。三是保持施工和生活区的卫生环境。在施工区和生活区设置足够的临时垃圾储存设施，定期将垃圾送往垃圾场。

5 结论

综上所述，环境保护工作在水利水电工程项目的建设中具有重要意义，在施工过程中，要重视环境保护工作的管理和监督力度，全面保护工地周边环境，实现绿色施工。在更好的建设水利水电工程的同时，促进人与自然的和谐发展，以此达到可持续发的目的。

参考文献

[1]徐永仁.关于水利水电施工工地环境保护管理的探讨[J].现代经济信息，2014(16):91.

[2]高雅，李卫.关于水利水电施工工地环境保护管理的探讨[J].黑龙江科技信息，2014(28):218.

[3]朱瑛.关于水利水电施工工地环境保护管理的探讨[J].甘肃农业，2012(10):41-43.

[4]和仕云.浅谈水利水电施工工地环境保护管理[J].经营管理者，2010(10):146.