机械焊接结构热变形的控制措施研究

机械焊接结构热变形的控制措施研究

郭奎宾1靳小龙2姚云涛3

1.身份证号码：13012519840414XXXX；2.身份证号码：13012519880425XXXX；3.身份证号码：13013019860306XXXX

摘要：对于机械焊接工艺来说不论是在于宏观上的焊缝成型来说，还是对于微观视角下的焊缝力学的性能来说，均需要达到相关的标准才可进行后续焊接工作。只有这样才能够避免在对焊接工作进行的时候因为工人操作不当从而带来的参数变化最终使得工人的人工成本增加，对设备对材料造成能耗加大的浪费现象，才能够带来更好的经济效益。本文将重点针对机械焊接变形的影响因素展开讨论，并提出能够有效解决焊接变形问题的科学应对策略，以期为行业内部的技术人员提供相应参考和建议。

关键词：机械；焊接变形；影响因素。措施

引言

焊接变形直接影响工程质量和工程成败。因此，对于焊接人员来讲，焊接过程中导致变形的因素分析及解决方案是焊接人员的必要工作。引起焊接的原因有很多，影响因素也比较复杂，而焊接对产品质量的影响是严重的。

1、机械焊接结构变形的主要原因剖析

1.1切割方法和切割质量的因素

激光切割与等离子切割是当前国内应用最为广泛的切割技术，激光切割相对来说性能比较优越，这得益于激光切割的热源集中，瞬间将板材切开，因此热效应小，由此产生的残余应力也比较小，不容易出现变形的情况，而且其开口也相对平整。与此同时，等离子切割的边缘会不均匀，容易造成焊接后焊缝凸起。相反，激光切割后材料由于比较整齐平整，在焊接后焊缝相对平坦，凸起的现象不容易发生。通过以上分析，焊接材料在进行切割时，控制切割精度对保证切割质量有重要的影响。

1.2焊接方法的分析

焊接方法由具体的焊接工艺决定，采用什么样的焊接工艺在一定程度上决定着的焊接质量。在选取焊接工艺时，要根据板材的厚度，具体控制焊缝的高度和宽度及均匀性；选取适当的电流；选择合适的焊条；起弧和收弧的控制；牢固度的控制等，焊接结束后要从外观上也可以分析具体的焊接质量。

1.3点固焊工艺的因素

在点焊施工中，焊点间距的控制十分重要，焊点间距的选择在一定程度上会关系到焊接质量，技术人员应该依据实际情况选择合适的焊接工艺，严格控制焊接变形。同时，我们需要将焊点的数量、距离等参数考虑在内。如果选用不合适的点焊工艺，会对焊接前后的残余应力将失去正常的控制，造成焊接质量无法得到保证。在选择焊接尺寸时也应该格外注意，倘若选择过大的尺寸，那么焊缝的背面将不会完全穿透，并且将损害接头的完整性。倘若选用的尺寸较小，则在焊接过程中板材会破裂，导致无法保证焊接间隙。由此可见，如果相对焊接变形采取有效措施，就需要处理好点固焊工艺的注意事项。

1.4热输入对焊接质量的影响

众所周知，焊接热输入能够对残余应力产生一定的作用，从而引起焊接器件的变形。为了尽可能降低焊接应力和变形程度，我们需要尽可能少地使用焊接，以确保不会对焊接成型产生负面影响。一旦选用时间焊接，就需要匹配三元甚至四元保护气体以保证焊接的顺利进行。

1.5厚度的因素

如果焊接的钢板厚比较厚，则钢板的抗弯性相对较大，焊接钢板也就不容易出现变形。相反，如果钢板的厚度相对较薄，那么在实际的焊接过程中，钢板就无法对焊接过程中产生的应力进行有效应对，就会造成的弯曲，进而产生较大幅度的变形。

2、应对机械焊接结构热变形的预处理措施

焊接技术人员首先需要完成的是金属表面的清洁工作。由于型材会在很长一段时间暴露在外界环境中，而在这一过程中金属表面会附着诸多油污、锈蚀、氧化皮、灰尘等，会在一定程度上影响到焊接质量，因此焊接技术人员需要将这些附着在型材表面的物质进行去除，以避免现夹渣、气孔等焊接缺陷，而金属表面的耐腐蚀性也可以进一步提升，从而在最大程度上规避焊接问题。在型材预处理环节，主要是可以通过化学、机械处理两种方式，如机械酸洗、喷丸法、人工打磨等。其次，为了避免出现焊接变形问题，焊接技术人员还应该对焊接方向进行合理布置，可以采用逆向分段焊接法、中间向两侧分段退焊法，以此来减少残余变形出现的可能性。在此基础上，焊接技术人员还应该合理安排焊接顺序，在构建数量、间隔相互较大的情况下，可以采用跳焊法，使得热量分布更为平均，达到减少结构焊接变形的目的。最后，刚性固定。由于焊接变形是在焊接过程中必然会出现的问题，因此应在事前就充分做好相关准备工作，通过采取外加刚性拘束的方式，来防止在焊接过程中可能会出现的自由变形情况。这种固定方式大致可以被分为两种：第一种是利用薄板型焊件固定在刚性平台上，在结构件焊接完成以后进行拆除；第二种是临时支撑增加结构件的拘束，在一些较为容易变形的焊接部位，增加一些支撑或者拉杆，让这些支撑结构对于产生一定的支撑作用，从而增加易变形处的刚度，进而有效减少在焊接过程中可能出现的结构变形情况。

3、实例分析

3．1问题描述

机械结构采用的是某钢板，板厚在15～30mm之间，由底板、盖板以及若干立腹板拼焊接成封闭箱形结构。经现场跟踪测量发现，小吨位履带梁焊接变形主要表现为履带梁两端相对于底板产生上翘或下挠的变形趋势，且变形量不一。其变形量最大时达到10mm，大大超出技术要求范围。

3.2影响焊接变形的因素

（1）履带梁腹板周圈焊缝为C14单边坡口（见图1腹板单件图），填平坡口后焊脚尺寸为15mm，焊接量及热输入较大，是造成履带梁焊接变形因素之一。

图1腹板单件图

（2）焊接工艺参数不合理。合理的焊接工艺参数是保证焊缝质量的关键。在其他因素一定的情况下，电流电压参数不合理导致焊接热输入太大，也是造成焊接变形的因素之一。（3）焊接顺序不合理。焊接操作指导书对焊工焊接时指导性不强，导致焊接变形量大小不一。

3.3焊接变形的控制措施

3.3.1更改坡口尺寸

图纸焊接坡口设计为45°，这种坡口型式由于焊接时填充金属多，热输入大，导致焊接变形较大，经联合工艺进行试验证明：板厚15mm、坡口30°的焊缝完全可以保证焊缝质量，且焊材消耗量相对较少。因此将履带梁腹板4×C14单面坡口角度改为4×30°坡口，坡口更改后的腹板见图2，该坡口在减小焊丝填充量的同时可减小热输入量，从而减少焊接变形。

3.3.2优化焊接工艺参数

焊接时，在其他因素一定的情况下，电流和电压的配比值决定了焊接线能量的大小。因此，采取减小焊接热输入是控制焊接变形量大小的方式之一。在保证焊缝全熔透的情况下，尽量选择低的焊接参数，从而达到控制焊后变形的目的。经多次试验，焊接生产过程中，按表2所给焊接参数进行焊接，可较好地减小焊接热输入。

图2坡口更改后的腹板

表2电流电压优化后值

3.3.3完善焊接顺序及方法

焊接时立板与上下盖板连接外部焊缝是造成焊接变形的主要因素，因此将此焊缝进行打底焊后暂不进行填充及盖面焊，待履带梁主体结构其余焊缝焊完后再进行填充及盖面焊；所有外焊缝的打底焊（第一层焊）焊接完成后，方可进行第二层填充焊焊接，当所有外焊缝的填充焊（第二层焊）焊接完成后，方可进行最后盖面焊焊接，所有焊层焊接顺序、方向全部相同。

结束语

在目前的技术条件下，焊接变形是各种钢结构制造过程中最常见的问题。为了尽可能保证钢结构产品的制造质量，有必要在钢结构制造过程中严格有效地控制焊接变形。

参考文献：

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[3]王雷，罗添元，岳彩月.机械焊接结构热变形及其控制方法研究现状[J].科技经济导刊，2018，26（33）：106.