焊接工艺对薄壁不锈钢焊接变形的研究

焊接工艺对薄壁不锈钢焊接变形的研究

作者：李乾坤 陈越

来源：《科学与财富》2015年第06期

摘 要：介绍了薄壁不锈钢焊接变形的种类，并详细分析了薄壁件在焊接过程中各种变形产生的原因，并对薄壁不锈钢焊接变形产生的原因进行具体研究探讨，提出了相对应解决方案，从而完善焊接工艺，提升焊件质量。

关键词：焊接工艺；焊接变形；焊接应力；薄壁不锈钢焊件 引言

目前，随着社会的进步，科技的发展，现代化建设离不开焊接，近年来薄壁不锈钢产业有了突飞猛进的进步，不锈钢才有有抗腐蚀、生产成本低、使用寿命长、质量轻等优点，所以不锈钢领域是目前科技建设的研究热点。但是薄壁不锈钢在应用过程中需要进行焊接操作，所以关于薄壁不锈钢的焊接问题也逐渐凸显出来，由于薄壁不锈钢材料比较薄，很容易产生焊接变形，且焊接变形明显，严重影响其使用性能。焊接变形是因为在焊接过程中产生的焊接应力不均匀造成的。在焊接时，薄壁不锈钢材料内部受到不均匀的加热和冷却从而产生了焊接应力，温度场的不均匀导致了薄壁不锈钢材料的不均匀膨胀，在温度高的地方，焊接件膨胀度大，在温度低的地方焊接件膨胀度小。在对薄壁不锈钢进行焊接时，产生的残余应力会使其腔体产生变形。焊接工艺是很复杂的，焊接件也是有很多样式，所以很难形成一个完整的研究焊接变形的体系，本文主要对常见的几种焊接变形进行论述研究。 1、几种常见的薄壁不锈钢焊接变形

焊接过程的焊接应力是非常复杂的，由于焊接时温度分布不均，造成焊接件各处的膨胀、收缩不同，经过搜集整理，总结了薄壁不锈钢焊接变形主要有角变形、波浪变形、复杂变形、边变形等等。这里主要介绍几种常见的焊接变形形式。 1.1角变形

在对薄壁不锈钢焊接件进行焊件时，焊缝是上宽下窄的，这样就造成了焊缝的厚度方向上的横向焊接收缩量是不一样的，由于焊缝上面宽，所以上部的收缩量会大一些，焊缝下面窄，在焊缝下部的收缩量会相对小一些。焊缝上下的焊接收缩量存在差异，就造成了焊接件的两侧向上翘起的现象，就形成了角变形，通常是通过变形角α的变形量来对角变形进行衡量。 1.2波浪变形

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

波浪变形指的是在对薄壁焊接件进行焊接后焊接件产生波浪状的变形。波浪变形主要是因为焊接件的没有达到6mm的基本焊接厚度，对薄板进行焊接时，距离焊缝近的地方会产生拉应力，距离焊缝远的位置就会产生压应力，当压应力比较大时，薄板的表面就会失去原来的稳定性从而产生波浪变形，除此职位，当在比较窄的地方有多条焊缝时，因为每条焊缝的角变形连到了一起，也会产生波浪变形的现象。 1.3收缩变形

经常发现在焊接完成后，焊接件比焊前缩短了，这种现象叫做收缩变形。收缩变形有横向收缩和纵向收缩两种形式，当焊接完成后，如果焊件在垂直于焊缝的方向缩短了，称之为横向收缩，如果焊件在平行与焊缝的方向发生的收缩，这种现象称之为纵向收缩。 1.4弯曲变形

当没有对称布置焊缝位置或者焊接时焊件的断面形状不对称时，焊缝的收缩还导致焊件产生弯曲变形。 1.5扭曲变形

焊缝的角变形在沿焊缝方向不是均匀分布时会产生扭曲变形。当在焊件上有多条平行的长焊缝时容易产生扭曲变形，例如长工字梁的焊接。通常是由于焊接顺序或者焊接方向不归房造成的扭曲变形。

2、焊接变形的原因及其对薄壁不锈钢件产生的影响

焊接过程的温度不均匀是产生焊接变形的根本原因，在焊接过程中，焊缝位置为热量集中点，然后温度由焊缝向周围扩散，从而使薄壁不锈钢件产生局部受热，引起焊接件表面或者内部发生变形。焊接后在焊件内的残余焊接应力引起了各种形式的焊接变形，焊接变形与焊接件材料的形状、物理特性以及焊接的操作过程有关。在融化性焊接工艺中，焊缝及其附近会形成比较大的残余焊接应力，残余焊接应力会使焊接件产生焊接变形并且严重影响其承载能力。并且还会有凹坑、余高、咬边等现象出现在焊缝的焊趾位置，出现这些现象的焊缝很容出现裂纹，严重影响不锈钢焊接件的使用性能。在焊缝附近有很大的残余应力，这些残余应力会降低不锈钢焊接件的承载能力，当残余应力与实际承载力相叠加超过材料的屈服极限时，焊接件的焊缝处就会出现弯曲甚至断裂现象，存在安全隐患。

目前绝大多数薄壁不锈钢件都是焊接连接，但是焊接过程的温度分布不均匀将会产生焊接变形，焊接变形严重影响薄壁不锈钢件的安装精度，并且焊接变形会使薄壁不锈钢件的承载能力降低。由于薄壁不锈钢件材质薄，容易在焊缝位置发生不锈钢金属组织发生变化的现象，从而在焊缝位置产生小裂纹，出现安全隐患，影响薄壁不锈钢件稳定性和安全性。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

3、应对焊接变形的措施

已经了解了产生焊接变形的原因，可以采取相应的措施来尽量避免薄壁不锈钢件的焊接变形。可以在焊接前把焊件向与焊接应力相反的方向进行人为弯曲，这样在焊接后会和焊接变形抵消，这种方法叫做反变形法。可以利用反变形发来解决弯曲变形和角变形问题。比较常见的应对措施还有刚性固定法、锤击焊缝法和散热法等等。 结语

本文主要论述了几种常见的焊接变形的形式，并且具体分析了各种焊接变形产生的原因以及焊接变形对薄壁不锈钢件产生的影响，针对各种不同的焊接变形可以采取相应的措施，有效预防焊接变形，确保不锈钢焊接件的精度和承载能力不受影响。 参考文献

[1] 李亚江. 焊接缺陷分析及对策[M]. 北京：化学工业出版社，2011. [2] 陈剑虹译. 不锈钢焊接冶金学及焊接性[M]. 北京：机械工业出版社，2008. [3] 赵昌盛等. 不锈钢的应用及热处理[M]. 北京：机械工业出版社，2010.