大型结构件的焊接变形控制

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1、大型结构件的焊接变形控制大型结构件的焊接变形控制梁晓宇王文尔（南阳石油机械厂河南南阳市473006）摘要：大型焊接结构件在当今的工业生产领域中正得到越来越广泛的应用，而且对其自身的尺寸精度和形位公差提出了更高的要求。本文从焊接变形产生的机理、原因、控制焊接变形所应采取的措施等方面进行了有益的探索，提出了9项措施减少焊接变形，并对焊后如何减少接头焊接应力、焊接变形矫正等方面提出解决方法。关键词：焊接变形机理控制措施1焊变形产生的机理众所周知，焊接过程是利用电弧热、物理热、化学热等热能将母材金属及焊材融化形成焊接熔池，熔池凝固从液相转变成固相的结晶

2、过程，本质上是一个冶金过程。焊接凝固和铸造凝固虽然都经历结晶成核、，长大的过程。但前者是非平衡凝固，后者是平衡凝固，二者有很大区别。（1）、焊接熔池体积小，冷却速度快。其平均冷却速度高达100ºC/S，约为铸造的104倍。所以焊缝金属中极易形成气孔、裂纹、夹杂、偏析等缺陷。（2）熔池中的液态金属处于过热状态，熔池中心与边缘的液态金属温度梯度比铸造高103-104倍。（3）熔池在运动状态下结晶，结晶前沿随热源同步移动，结晶主轴逆散热方向并向热源中心生长，到焊缝中心区停止生长。此区是杂质易聚集区。（4）、母材融合线上存在大量现成表面，在半融化晶粒上

3、形核后外生长成联生结晶。表现出焊接熔池非均质形核的特点。［1］焊接过程的这些特点使得结构件在焊接过程进行当中，当其局部受热时，因受其周围构件约束不能充分伸展，产生压应力；当其冷却时，因焊缝收缩而产生拉应力，使焊件产生弯曲变形。故当焊接过程结束后，焊件内部既存在着压应力又存在着拉应力，既存在着弹性变形又存在塑性变形，焊缝内部因焊缝收缩产生压应力，焊缝周边的母材金属因受拉而产生拉应力。可以说这些应力和应变的产生是不可避免的。因此，我们应利用此机理对焊接结构件从结构设计、焊接工艺因素两个方面控制其对焊接变形的影响。2结构设计方面应注意的问题1）在结构

4、许可的情况下尽量减少焊缝数量焊缝数量少，需要输入的焊接热能就小，焊接变形就会减小。我厂生产的天车底座其上下平面原来按形状分别由4-6块钢板拼焊而成，焊接变形大且难以矫正，后上下底面改用整板下料至做，减少了十几道焊缝，焊后整体变形很小，节约了工时和焊材，效果十分显著。用钢板焊接的箱体类，若厚度在10mm以下，可先将钢板弯曲成一定形状然后再进行焊接，这样不但可以减少焊缝数量，使焊缝对称和外形美观，而且可以提高构件刚度，减少构件变形。我厂生产的各种油箱、水箱，原来用6块钢板在棱边处焊接，刚性差，焊接变形大，需要焊6道焊缝。后改为前后面折边，两端封板，

5、这样只需下4块板，焊4道焊缝即可，且刚性好，焊接变形小。2）理设计焊缝形式及尺寸对接焊缝的受力状况好于角焊缝，因此，在可能的情况下优先采用对接焊缝。我们知道，焊缝尺寸越大，须填充的焊接材料就越多，焊接时输入焊件中的热量就越大，焊缝收缩时产生的内应力就越大，焊件的焊接变形就越大。因此，在满足强度要求的前提下应尽量减小焊缝尺寸。3）焊缝位置应尽量对称布置在焊接过程中，焊件因局部受热和快速冷却内部产生压应力和拉应力而产生应变。当焊缝位置对称时，焊缝冷却时产生的应力和应变就可以相互抵消一部分，整体上就可以得到较小的变形。缝位置应尽量布置在构件刚度较大的

6、地方,在其它条件相同的情况下，焊缝所处位置刚度越大，其焊接变形相对要小，对控制焊件的整体变形有利。4）焊缝位置避免集中和重叠当焊缝相对集中和重叠时，热影响区相互影响，不仅使热影响区的母材金属因反复加热而变得晶粒粗大，机械性能下降，而且使得变形加大，影响焊件尺寸精度。因此，应将焊缝尽量错开。各条焊缝之间的距离应保持在100mm以上。3焊接工艺设计应注意的问题1）保证下料尺寸合理准确下料尺寸准确与否直接关系到构件的尺寸精度，进而直接影响构件的组焊精度。下料尺寸偏短，则焊缝组焊间隙就偏大，所需填充的焊接材料就多，焊件所受的热量就越多，焊件的焊接变形就

7、相对要大，通常焊件组对间隙要小于3mm。对型材，若为热切割方式下料，则要求留少许余量，切割后打磨掉余量。2）控制组合胎具尺寸精度组合胎具的精度是保证焊接件组焊尺寸准确与否的关键，若组焊胎具的偏差过大，结构件的组焊尺寸精度的保证就无从谈起。对大型结构件，不但要控制其纵横轴向的尺寸偏差，而且要控制关键截面的对角线偏差。通常要求大型组焊件组焊胎具的线性尺寸偏差在千分之二以内。另外，亦应对组合平台的平面度加以控制，平台的平面度过大，工件压紧后会产生变形，造成工件组焊后的平面度偏差过大。通常，控制组合平台的平面度在3mm范围之内。3）选择合理的焊接方法焊

8、条电弧焊作为一种常用的焊接方法因其简单方便，适应性强而在生产中得到广泛的应用。但缺点是效率低。埋弧自动焊因输入电流大、熔敷效率高而在长焊缝连续焊接的大