防止和减少焊接残余变形与应力的措施
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【摘要】充分了解焊接时内应力产生的原因和形成变形的基本规律，有助于控制或减小焊接应力和变形的危害。合理设计焊接结构；选择合理的装焊顺序；采取合理的焊接顺序；采用反反变形法；采取合理工艺措施控制焊接残余应力是减少和防止焊接残余变形与应力的关键。
【关键词】焊接，应力，变形，工艺措施，控制，顺序
金属结构在焊接过程中产生的焊接应力和焊接变形，如得不到合理的控制，就会使焊接产品质量下降，严重时还会出现裂纹，甚至产品报废。对于焊工来说，充分了解焊接时内应力产生的原因和形成变形的基本规律，有助于控制或减小焊接应力和变形的危害。
一焊接结构的合理设计
合理的设计方案是控制焊接残余变形与应力的重要措施。在焊接结构的设计时要考虑：在保证结构有足够强度的前提下，尽量减小焊缝的数量和尺寸；对称布置焊缝；必要时预先流留出收缩余量；适当采用冲压结构，减少焊接结构；将焊缝布置在最大工作应力之外；留出装焊模夹具的位置等。
二控制焊接残余变形的工艺措施
1.选择合理的装焊顺序。
采用不同的装配、焊接顺序，焊后会产生不同的变形效果。如工字梁的焊接，采用两种不同的装焊顺序，产生的变形效果不同。第一种先装配、焊接成丁字形，然后再装配另一块翼板，最后焊成工字梁。采用这种装焊顺序时，焊接丁字形结构时，由于焊缝分布在中性轴的下方，焊后将产生较大的上拱弯曲变形，即使另一块翼板焊后会产生的反向弯曲变形，也难以抵消原来产生的变形，最后工字梁将形成上拱弯曲变形。第二种先整体装配成工字梁，然后再进行焊接，此时梁的刚性增加，再采用对称、分段的焊接顺序，焊后上拱弯曲变形就小得多。这是一项先总装后焊接的控制结构焊后变形的工艺措施。
2.采取合理的焊接顺序
（1）对称焊接。如果焊接结构的焊缝是对称布置的，应该采用对称焊接。这时应注意焊接顺序，采用分段、跳焊的对称焊接，通过先后焊缝的熔敷量来控制变形量，效果很好。
（2）不对称焊缝先焊焊缝少的一侧。如果焊接结构的焊缝是不对称布置的，采用先焊焊缝少的一侧，后焊焊缝多的一侧，使后焊的焊缝产生的变形足以抵消先前的变形，以使总的变形减小。
（3）采用不同的焊接顺序。结构中若是长焊缝，采用连续的直通焊，将会造成较大的变形，在实践中常采用分段退焊法、分中段退焊法、跳焊法和交替焊法不同的焊接顺序来控制变形。
3.反变形法。为了抵消焊接残余变形，焊前预先使焊件向焊接变形相反的方向变形，这种方法叫反变形法。V形坡口对接焊中，均采用了反变形法来控制焊后的残余角变形。例如工字梁焊后产生的角变形，可在焊前预先将翼板制成反变形，然后焊接以抵消焊后变形。
4.刚性固定法。焊前对焊件采取外加刚性约束，使焊件在焊接时不能自由变形，这种防止变形的方法叫刚性固定法。例如把薄板焊件固定在平台上，然后在焊接就能很好的控制焊接变形。
5.散热法。焊接时用强迫冷却的方法将焊接区的热量带走，使受热面积大为减少，从而达到减小变形的目的。例如将焊件浸入水中进行焊接。应该注意，散热法不适应谇硬倾向大材料，否则会在焊接时产生裂纹。
1.选择合理的焊接顺序：（1）尽可能使焊缝自由收缩，以减少焊接结构在施焊时的约束，最大限度地减小焊接残余应力。（2）先焊收缩量最大的焊缝，焊后可能产生较大的焊接残余应力的焊缝，使焊缝收缩时的约束度小，故焊接残余应力也就小。如同一结构上既有对接焊缝，又有角焊缝时，应先焊收缩量相对较大的对接焊缝。（3）先焊交叉焊缝的短焊缝，后焊直通焊缝。这主要是保证短焊缝在焊后有自由收缩的可能。
2.选择合理的焊接工艺参数。焊接时应尽可能采用小直径焊条和较小的焊接电流，减小焊件受热范围，以减小焊接残余应力。
3.采用预热的方法。预热法是指在焊前对焊件的全部进行加热的工艺措施.一般预热的温度在150-350oC之间.。其目的是减小焊接区和结构的温度差，以使焊缝区与结构整体尽可能地均匀冷却，从而减小内应力。此法常用于淬硬倾向较大的材料。预热温度与材料、结构刚性等具体情况而定。
4.加热减硬区法。在焊接或焊补刚性很大的结构时，选择适当的部位进行加热使之伸长，加热区的伸长带动焊缝部位，使其产生与焊缝收缩方向相反的变形，然后再进行焊接。冷却时，加热区的收缩与焊缝的收缩方向相同，使焊缝有自由收缩的可能，焊接残余应力可大为减小。
火焰加热矫正法矫正焊件残余变形时要注意以下事项：
1）加热用火焰通常采用氧乙炔焰，火焰性质为中性焰，如果要求加热深度小时，可采用氧化焰。
2）对于低碳钢和低合金结构钢，加热温度为600～800℃，此时焊件呈樱红色。
3）火焰加热的方式有点状、线状和三角形三种，其中三角形加热适用于厚度大、刚性强的焊件。
4）加热部位应该是焊件变形的突出处，不能是凹处，否则变形将越矫越严重。
5）矫正薄板结构的变形时，为了提高矫正效果，可以在火焰加热的同时用水急冷，这种方法称为水火矫正法。对于厚度较大而又比较重要的构件或者淬硬倾向较大的钢材，不可采用水火矫正法。
6）夏天室外矫正，应考虑到日照的影响。因为中午和清晨原加热效果往往不一样。
7）薄板变形的火焰矫正过程中，可同时使用木锤进行锤击，以加速矫正效果。
5.敲击法。在焊后冷却过程中，用锤子或风锤敲击焊缝，促使它产生塑性变形，以抵消焊缝的一部分收缩量，这样就能起到减小焊接残余应力的作用。进行敲击时，温度应当维持在100-150oC之间或400oC以上，避免在200-300之间的蓝脆性阶段进行，以防止因敲击而产生裂纹。
四、结束语
由于我国经济的不平衡特点，我国的焊接技术也出现了其多样化，然而也随着国内经济的快速进展，焊接设备以及焊接工艺的不断优化，焊接行业也得到快速进展。但是，在运用中要注重焊接过程中的操作工艺，同时在了解焊接中出现的不足，在焊接前做好充分的准备，如此，才能更好保证安装工程中的焊接效果，同时保证焊接的质量。