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作者：劉朝暉單位：廣州奧的斯電梯有限公司

當(dāng)這種局部加熱到使金屬產(chǎn)生塑性變形的溫度時(shí)，冷卻之后就會(huì)產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力和殘余變形。這種殘余內(nèi)應(yīng)力叫焊接應(yīng)力，由于焊接應(yīng)力造成的變形叫焊接變形。對(duì)于圖2這樣的T形焊接截面，由于角焊縫而產(chǎn)生的焊接應(yīng)力導(dǎo)致沿焊縫縱向的收縮變形及垂直于焊縫的橫向收縮變形。T形焊接構(gòu)件中的殘余應(yīng)力分布如圖3所示，在離開T形構(gòu)件一端稍遠(yuǎn)的某一截面，如X-X截面的近縫區(qū)產(chǎn)生了很高的平行于軸線方向的拉伸殘余應(yīng)力。右圖是X-X截面上平行于軸線方向的殘余應(yīng)力分布。在T字接頭的焊接中，近縫區(qū)存在拉應(yīng)力，遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域則存在壓應(yīng)力。由于焊縫縱向收縮引起的型鋼縱向彎曲變形，使腹板靠近上邊的區(qū)域具有拉應(yīng)力。由于橫向收縮在側(cè)板厚度方向上分布不均勻，造成圖3所示的角度變化（這種變化包括扁鋼的焊接角度變化和側(cè)板本身的角變形）?？v向和橫向的綜合作用，最終造成了扁鋼和側(cè)板的翹曲和波浪變形。

影響焊接變形的因素

引起焊縫收縮的因素很多，主要因素如焊縫的結(jié)構(gòu)、焊接方法、焊接規(guī)范（熱輸入量）、材料和焊接工藝（如焊接順序和焊接方向）等。

1焊縫數(shù)量、長(zhǎng)度、斷面尺寸焊縫的數(shù)量越多，焊縫越長(zhǎng)，焊接截面尺寸越大，產(chǎn)生的熱量越多，變形越大。角變形隨焊角尺寸的增大而增大（例如橫向收縮值與角焊縫面積成正比）。因此，在保證聯(lián)接強(qiáng)度和接頭組織性能的的前提下，要盡可能減少焊縫尺寸。

2焊接熱輸入量導(dǎo)致收縮變形的主因素是焊接熱輸入量(溫度)，溫度的輸入給焊縫冷卻收縮變形帶來(lái)很大影響，高溫輸入收縮變形就大，反之，低溫輸入收縮變形就小。焊接熱輸入量(焊接線能量)直接與焊接電流、電弧電壓、焊接速度有關(guān)。采用大電流快速焊，比小電流慢速焊的變形和應(yīng)力要小。

3材料對(duì)于焊接變形的影響，不僅和焊接材料有關(guān)，而且和母材也有關(guān)系，材料的熱物理性能參數(shù)（如熱傳導(dǎo)系數(shù)）和力學(xué)性能參數(shù)（如熱膨脹系數(shù)）都對(duì)焊接變形有重要的影響。一般熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，溫度梯度越大，焊接變形越顯著，熱膨脹系數(shù)增加，焊接變形也相應(yīng)增加。

4焊接工藝焊接工藝對(duì)焊接變形的影響方面很多，如焊接方法、構(gòu)件的定位或固定方法、焊接順序、焊接工裝及夾具的應(yīng)用等。在各種工藝因素中，焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊戄^為顯著，一般情況下，改變焊接順序可以改變殘余應(yīng)力的分布及應(yīng)力狀態(tài)，減少焊接變形。此外，采用間斷焊的縱向收縮變形比連續(xù)焊要小，其效果隨L/a的比值降低而提高（L為分段焊縫的長(zhǎng)度，a為兩段之間的中心距）。在保證焊縫強(qiáng)度的情況下，用間斷焊縫代替連續(xù)焊縫是降低縱向收縮變形的有效措施之一。

減小焊接變形的措施

如若因結(jié)構(gòu)限制而導(dǎo)致的焊接變形不可避免，就只能采取一定的措施控制其變形量。從焊縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到焊接工藝上（焊接工裝、焊接順序、焊接規(guī)范等）都應(yīng)合理選擇。

1焊縫結(jié)構(gòu)方面

1.1選擇合適的焊縫尺寸在保證結(jié)構(gòu)有足夠承載能力的前提下，應(yīng)采用盡量小的焊縫尺寸，并盡可能減少焊縫數(shù)量。過(guò)量的焊接金屬不僅不會(huì)增加強(qiáng)度，反而會(huì)增加收縮應(yīng)力，增加焊接變形。

1.2選擇合理的焊接坡口形式為使接頭的焊接金屬量最小，應(yīng)該選用焊縫金屬少的坡口形式，如在T形焊接中，用雙邊坡口替代單邊坡口接頭，可以減小焊接角變形。

2焊接工藝方面

2.1反變形法焊接前使零件預(yù)先向焊接變形的相反方向，焊前預(yù)置變形和焊后變形相互抵消，達(dá)到需要的形狀，這是克服角變形和彎曲變形既有效又能減小殘余應(yīng)力的方法。反變形量需經(jīng)試驗(yàn)確定，可以達(dá)到較好的準(zhǔn)確程度。

2.2剛性固定法在沒(méi)有反變形的情況下，將焊件使用強(qiáng)行固定的方法或手段來(lái)限制焊接構(gòu)件的變形。使用這種方法防止角變形和波浪變形效果比較好。有夾具固定條件下的焊接收縮量比沒(méi)有夾具固定的焊接收縮量減少約40％～70％。常用的剛性固定有：將焊件固定在剛性平臺(tái)上；將焊件組合成剛度更大的結(jié)構(gòu)；利用焊接夾具增加結(jié)構(gòu)的剛度和拘束；利用臨時(shí)支撐增加結(jié)構(gòu)的拘束。

2.3合理地選擇焊接方法和規(guī)范選用焊接線能量較低的焊接方法，可以有效地防止焊接變形。采用CO2氣體保護(hù)焊，不但效率高，而且可以減少薄板結(jié)構(gòu)的變形，提高焊接質(zhì)量。此外，要減小并避免焊件的變形，應(yīng)注意嚴(yán)格控制線能量，即在完成焊縫焊接的前提下，盡量減少焊接的熱輸入，從而縮小焊接熱影響區(qū)，減少焊接變形及其對(duì)接頭性能的惡劣影響。

2.4焊接順序焊接順序?qū)附託堄鄳?yīng)力和變形的產(chǎn)生影響較大，采用不同的焊接順序，可以改變殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。采用合理的焊接順序來(lái)減少變形，這在生產(chǎn)實(shí)踐中是行之有效的好辦法。安排焊接順序時(shí)一般的原則如下。（1）盡量采用對(duì)稱施焊，能使產(chǎn)生的彎曲變形互相抵消。（2）對(duì)某些焊縫布置不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)先焊焊縫少的一側(cè)。（3）在可能的情況下，將連續(xù)焊縫改成斷續(xù)焊縫，可減少焊縫和工件由于受熱而產(chǎn)生的塑性變形，或者采用不同的焊接方向和焊接順序，可使局部焊縫變形適當(dāng)減少或相互抵消，從而達(dá)到總體減小焊接變形的目的。常見的焊接順序如分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、分中對(duì)稱法等（圖4）。圖5顯示了不同焊接順序和分段時(shí)焊接應(yīng)力的分布，改變焊接順序減少了殘余應(yīng)力峰。為防止焊接角變形，可以采取如預(yù)先點(diǎn)固焊和焊接夾具、多層焊、分段焊等方法。其中，預(yù)先點(diǎn)固焊的工藝能保證焊接間隙，并有一定的抗變形能力。其數(shù)量、焊角尺寸、焊點(diǎn)之間的距離以及點(diǎn)固焊的順序需要綜合考慮，防止對(duì)焊接殘余變形產(chǎn)生累積影響。

焊接工藝改進(jìn)

綜上所述，側(cè)板焊接變形控制采取的措施如下。

1修改焊縫結(jié)構(gòu)尺寸側(cè)板沿扁鋼導(dǎo)軌增加槽焊縫孔（圖6），間距為150mm，以保證連接強(qiáng)度，并減小焊接變形。其余位置保持交錯(cuò)斷續(xù)角焊縫，焊腳尺寸K由5mm改為4mm，以減小焊接變形（圖7）。

2重新修改焊接工裝如圖9（a）所示，將扁鋼導(dǎo)軌置于預(yù)先布置好的定位柱中，定位柱的包絡(luò)剛好是擬焊接的扁鋼的輪廓曲線（圖8）。定位柱保持一定的間隙，間隙保持在扁鋼的厚度+0.3mm，既保證一定的焊接自由度，又防止過(guò)大的變形產(chǎn)生（圖9（a）、圖9（b））。如圖9（b）所示，利用側(cè)板的工藝大圓孔，插入定位柱，將側(cè)板剛性固定，如圖9（c）所示，使用壓塊壓住側(cè)板，進(jìn)一步對(duì)側(cè)板進(jìn)行剛性固定。

3優(yōu)化焊接順序工藝順序?yàn)椋汉盖把貍?cè)板的槽焊縫孔進(jìn)行點(diǎn)固焊，先焊槽焊縫，焊后進(jìn)行平整，之后再焊角焊縫。這樣的順序可以減少扁鋼的角度焊接變形，并有利于減小焊接內(nèi)應(yīng)力，此外，焊角焊縫時(shí)，調(diào)整焊接順序?yàn)橛芍行南騼啥撕?，并采用交錯(cuò)斷續(xù)焊。

4調(diào)整焊接參數(shù)通過(guò)調(diào)整焊接電流，電弧電壓，焊接速度，氣體流量等參數(shù)來(lái)調(diào)整焊縫尺寸，保證焊接質(zhì)量。使用1.2mm焊絲，焊接電壓24V，焊接電流250A，焊接速度30～50cm/min，氣體流量約14L/min，焊絲伸出長(zhǎng)度10～12mm。由于采用了合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝，并有焊接工裝保證，側(cè)板與扁鋼的焊接變形控制效果顯著，經(jīng)過(guò)幾批次的加工試驗(yàn)，垂直度公差基本達(dá)到要求，平面度公差也基本達(dá)到要求。

結(jié)論

在實(shí)際生產(chǎn)中，要充分掌握焊接變形的規(guī)律和預(yù)防焊接變形的措施，綜合考慮各種影響因素，制定出合理的預(yù)防焊接變形和最大限度地減少焊接變形的措施，從而減少矯正焊接變形的工時(shí)，提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。