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1、对结构件焊接工艺和变形研究 摘要：焊接结构相对于其他的加工方式有生产工艺简单、节省材料、制作周期短等多方面优点，而且对于特定的结构形状，可以达到别的加工方法无法完成的结构。由于焊接过程中存在的残余应力和焊接变形，会直接影响到产品的质量。本文主要对结构件焊接工艺及变形进行了分析探讨。关键词：结构件；焊接；工艺；变形中图分类号：P755.1文献标识码：A引言随着工业的发展，焊接得到了广泛的应用，在实际的焊接过程中，企业要求的是焊缝质量高，焊接效率高，焊接变形率低。但是焊接变形很难避免。因此，必须对焊接变形进行分析，采取
2、相应措施防止焊接变形，以达到企业的要求。一、结构件的焊接工艺结构件的焊接工艺是保证产品质量的重要途径，直接影响了焊接的质量和结构件的稳定性。焊接工艺主要包括型材的焊接方法、材料、设备以及辅助材料、工具等。1、焊接方法与设备7结构件的焊接常采用气体保护焊进行焊接，一般有二氧化碳保护焊和混合气体保护焊，混合气体为90%氩气和10%_氧化碳。混合气体保护焊可加强焊接电弧和熔池深度，减少了焊接飞溅和焊接后的打磨工作量，保证了焊接的质量。由于焊接的特殊性，结构件的焊接会、就不可避免的出现变形，应对此类变形多采取拼焊定位工装，制
3、定合理的焊接顺序和走向，还可在焊接前加工工件使其反方向变形，与焊接应力变形后中和后保证产品到达技术要求。在焊接的方法上，主要采取以下常用工艺：尽量减少焊道的数量；焊缝的布置相对于零件的中心线对称；较厚的板采取双面焊；结构件拼焊时定位基准和零件的设计基准保持一致。2、焊接材料结构件焊缝的性能质量直接由焊接材料的性能和化学成分决定，焊接材料的选用原则是焊缝金属的性能高于或等于母材的性能，对于一些特殊焊接还需要考虑材料的焊接性能。如结构件为压力容器时，焊材的选用还需要依据压力容器标准以及制造工艺、使用环境等。3、焊接的辅助
4、及质量保证7在焊接的过程中选用不同的焊接辅助材料和工具就能有效的提高工作效率和产品质量。针对板材和圆形结构件等采用不同的辅助工具，如十字操作架和变位机等，能方便操作者的焊接，降低劳动强度，提高焊接质量。结构件的形式多样化，虽然采用了必要的质量控制措施和先进的焊接工艺，但是还是会出现一些焊接缺陷，成品中会存在一定的咬边、气孔、夹渣等，所以在焊接完工后需要对工件进行检测，有问题的工件及时返工，对于不重要部件，可做适当的打磨来保证外观后转入下道工序，对于重要的焊缝，需要进行超声波探伤等无损检测来确保焊缝质量。二、焊接变形的
5、影响因素焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。影响焊接变形的因素很多,但归纳起来主要有材料、结构和工艺3个方面。1、材料因素的影响材料对于焊接变形的影响不仅和焊接材料有关,而且和母材也有关系,材料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。其中热物理性能参数的影响主要体现在热传导系数上,一般热传导系数越小,温度梯度越大,焊接变形越显著。力学性能对焊接变形的影响比较复杂,热膨胀系数的影响最为明显,随着热膨胀系数的增加焊接变形相应增加。同时材料在高温区的屈服极限和弹
6、性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用,一般情况下,随着弹性模量的增大,焊接变形随之减少而较高的屈服极限会引起较高的残余应力,焊接结构存储的变形能量也会因此而增大,从而可能促使脆性断裂,此外,由于塑性应变较小且塑性区范围不大,因而焊接变形得以减少。2、结构因素的影响7焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键,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。结构在焊接变形过程中,工件本身的拘束度是不断变化着的,因此自身为变拘束结构,同时还受到外加拘束的影响。一般情况下复杂结构自身
7、的拘束作用在焊接过程中占据主导地位,而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加,在设计焊接结构时,常需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性,这样做不但增加了装配和焊接工作量,而且在某些区域,如筋板、加强板等,拘束度发生较大的变化,给焊接变形分析与控制带来了一定的难度。因此,在结构设计时针对结构板的厚度及筋板或加强筋的位置数量等进行优化,对减小焊接变形有着十分重要的作用。3、工艺因素的影响7焊接工艺对焊接变形的影响方面很多,例如焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊
8、接胎架及夹具的应用等。在各种工艺因素中,焊接顺序对焊接变形的影响较为显著,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。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。焊接工作者在长期研究中,总结出一些经验,利用特殊的工艺规范和措施,达到减少焊接残余应力和变形,改善残余应力分布状态的目的。三、结构件焊接变形的防治策
