減少焊接變形的焊接工藝

預(yù)防和減少焊接變形的方法必須考慮焊接工藝設(shè)計以及在焊接時克服冷熱循環(huán)的變化。收縮無法消除，但可以控制。減少收縮變形的途徑有以下幾方面。

1 勿過量焊接

越多的金屬填充在焊接點會產(chǎn)生較大的變形力。正確制定焊縫尺寸，不僅能得到較小的焊接變形，還可節(jié)省焊材和時間。填充焊縫的焊接金屬量應(yīng)最小，焊縫應(yīng)呈平坦或微凸形，過量的焊接金屬不會增加強度。反而會增加收縮力，增加焊接變形。

2 間斷焊縫

另一種減少焊縫填充量的途徑是較多地采用間斷焊接。如焊接加強板，間斷焊接可減少75％的焊縫填充量，同時也能保證所需強度。

3 減少焊道

采用粗焊絲、少焊道焊接比采用細焊絲、多焊道焊接變形小。多焊道時每一焊道引起的收縮累計增加了焊縫總的收縮。由圖可知，少焊道、粗焊條焊接工藝比多焊道、細焊條焊接的工藝效果更好。

注意：采用粗焊絲、少焊道焊接或細焊絲、多焊道焊接工藝依據(jù)材質(zhì)而定，一般低碳鋼、16Mn 等材質(zhì)適用粗焊絲、少焊道焊接，不銹鋼、高碳鋼等材質(zhì)適用細焊絲、多焊道焊接

4 反變形技術(shù)

焊接前使零件預(yù)先向焊接變形的相反方向彎曲或傾斜放置(仰焊或立焊除外)，。反變形的預(yù)置量需經(jīng)過試驗確定。預(yù)彎、預(yù)置或預(yù)拱焊接零件是利用反向機械力，抵消焊接應(yīng)力的一種簡單方法。當工件預(yù)置時，產(chǎn)生使工件與焊縫收縮應(yīng)力相反的變形。焊前的預(yù)置變形與焊后變形相互抵消，使焊接工件成為理想平面。

另一個常用的平衡收縮力的方法是將同樣的焊接工件相對放置，并將其夾緊。預(yù)彎也可采用此種方法，在夾緊前，將楔子放置在工件的適當位置。

特殊的重型焊接工件由于自身剛性或零件相互位置能產(chǎn)生所需的平衡力，如沒有產(chǎn)生這些平衡力，就需利用其他方法來平衡焊接材料的收縮力，以達到相互抵消的目的。平衡力可以是其他收縮力、利用工裝夾具形成機械約束力、部件裝焊順序排列的約束力、重力形成的約束力。

5 焊接順序

根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)形式確定合理的組裝順序，使工件結(jié)構(gòu)在同一位置收縮。在工件中和軸處開雙面坡口，采用多層焊接，并確定雙面焊接順序。在角焊縫中采用間斷焊接，第1 道焊接中的收縮由第2 道焊接中的收縮平衡。工裝夾具可在所需的位置固定工件，增加剛性，減小焊接變形。這一方式廣泛用于小工件或小型組件的焊接，由于增大了焊接應(yīng)力，只適用于塑性較好的低碳鋼結(jié)構(gòu)。

6   焊后去除收縮力

敲擊是抵消焊縫收縮力的一種方法，如同焊縫冷卻。敲擊將使焊縫延伸，變得更薄，從而消除應(yīng)力(彈性變形)。但是，使用這種方法必須注意，焊縫根部不能敲擊，敲擊時可能產(chǎn)生裂紋。通常，敲擊也不能用在蓋面焊道上。

因為，蓋面層可能有焊縫裂紋，影響焊縫檢測，產(chǎn)生硬化效果。所以，技術(shù)的利用是有限的，甚至有實例要求在焊道敲擊中僅在多層焊道內(nèi)(打底焊和蓋面焊除外)敲擊以解決變形或裂紋問題。熱處理也是去除收縮力的方法之一，控制工件的高溫和冷卻；有時同樣工件背靠背夾裝、焊接，以這種校直條件來消除應(yīng)力，使工件殘余應(yīng)力最小。

6 減少焊接時間

焊接時產(chǎn)生受熱和冷卻，傳輸熱量時也需要時間。因此，時間因素也影響變形。通常，希望體積大的工件受熱膨脹之前，焊接盡快完成。焊接工藝，如焊條的類型和尺寸、焊接電流、焊接速度等影響焊接工件收縮和變形的程度。機械化焊接設(shè)備的使用減少了焊接時間和受熱引起的變形量。

二、減少焊接變形的其他方法

1 水冷塊

很多技術(shù)都可用來控制特殊焊接工件的焊接變形。例如，在薄板焊接中，采用水冷塊可帶走焊接工件的熱量。采用銅焊或錫焊將銅管焊接到銅制夾具，通過水管進行循環(huán)冷卻，以減少焊接變形。

2 楔形塊定位板

“定位板”是鋼板對焊時的一種有效控制焊接變形的技術(shù)，如圖 所示。定位板的一端焊在工件的一塊板上，另一端將楔形塊楔入壓板，甚至可采用多個定位板排列，以保持焊接時對焊接鋼板的定位、固定。

3 消除熱應(yīng)力

除特殊情況外，采用加熱來消除應(yīng)力不是正確的方法，應(yīng)在工件焊接完成前進行預(yù)防或減少焊接變形。

三、結(jié)論

為了減少焊接變形和殘余應(yīng)力的影響，設(shè)計和焊裝工件時應(yīng)注意以下幾點：

(1)不進行過量焊接；(2)控制好工件的定位；(3)盡可能采用間斷焊接，但應(yīng)滿足設(shè)計要求；(4)盡可能采用小的焊腳尺寸；(5)對于開坡口焊接，應(yīng)使接頭的焊接量最小，并考慮雙邊坡口替代單邊坡口接頭；(6)盡可能采用多層多焊道焊替代單層雙邊焊交替焊接。在工件中和軸處開雙面坡口焊接，采用多層焊，并確定雙面焊接順序；(7)采用多層少焊道焊接；(8)采用低熱輸入焊接工藝，意味著較高的熔敷率和較快的焊接速度；(9)采用變位機使工件處于船形焊位置。船形焊位置可使用大直徑的焊絲和高熔敷率的焊接工藝；(10)盡可能在工件的中和軸設(shè)置焊縫，并對稱施焊；(11) 盡可能地通過焊接順序和焊接定位使焊接熱量均勻擴散；(12)向工件的無約束方向焊接；(13)使用夾具、工裝和定位板進行調(diào)整、定位。(14)向收縮的相反方向預(yù)彎工件或預(yù)置焊縫接頭。(15)按序列分件焊裝和總焊裝，可使焊接圍繞中和軸一直保持平衡。