不锈钢焊接成型的变形控制与分析

1、不锈钢焊接成型的变形控制与分析摘要：介绍了不锈钢焊件在焊接成型过程中几种常见的变形形式，并详细分析 了不锈钢焊件焊接过程中各种变形产生的原因，针对不锈钢焊接变形产生的原因 进行具体研究探讨，并通过针对性的改善措施、加强焊接成型控制，从而完善焊 接工艺，进一步提高焊接构件质量。关键词：焊接工艺；焊接变形；焊接应力；不锈钢焊件刖言目前，随着社会的进步，科技的发展，现代化建设离不开焊接，与此同时不 锈钢产业近年来有了突飞猛进的进步，所以不锈钢领域是目前科技建设的研究热 点。由于不锈钢在应用过程中需要进行焊接成型，所以关于不锈钢的焊接问题也 逐渐凸显出来，由于不锈钢材料热膨胀系数比较大很容易产生焊接变

2、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，不锈钢材料的焊接接头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。一、几种常见的不锈钢焊接变形焊接过程的焊接应力是非常复杂的，不同形式的焊接方法、破口形式，不同 的点、固焊的长度和数量，施焊的顺

3、序不当等也易引起焊接时接头及焊件温度分 布不均，会使不锈钢焊接件产生角变形、波浪变形、复杂变形等等。这里主要介 绍几种常见的焊接变形形式。1.1角变形在对不锈钢焊接件进行焊件时，焊缝多为是上宽下窄的V型坡口，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，通常是通过变形的的变形量来对角变形进行衡量。1.2波浪变形波浪变形指的是在对焊接件进行焊接后焊接件产生波浪状的变形。波浪变形 是指距离焊缝近的地方会产生拉应力，

4、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，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

5、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。通常是由于焊接顺序或者焊接方向不合 理造成的扭曲变形。二、焊接变形的原因及其对不锈钢件产生的影响焊接过程的热输入分部不均匀是产生焊接变形的根本原因，在焊接过程中， 焊接接头为热量集中点，然后温度由焊缝向周围扩散，从而使不锈钢件产生局部 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工 艺过程紧密相关。在焊接工艺中，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

6、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。三、不锈钢焊接变形的控制措施3.1焊前控制在焊接前预防焊接变形的控制手段主要有刚性固定组装法、预防变形、预拉 伸等方法，针对不同的不锈钢焊接构件，所选择的控制方法也有所不同。预防变 形法主要是在焊接前针对构件的形状大小做出焊接变形预测，往往需要进行严格 的测量和评估，特别是对于大型不锈钢件而言，预测变形结果是进行预防变形控 制

7、的基础。焊接前根据焊接变形的预测结果对构件进行与变形预测方向相反的调 整，以便与焊后的变形进行抵消，也是施工现场最常用的一种控制方法。预拉伸 方法则主要是对构件进行预热，消除构件残余应力，预热温度一般控制在200 400C之间，能够消除50%90%的残余应力，这种方法效果十分显著。刚性固 定组装法则是通过对焊接构件的全方位固定来防止焊接变形，一般需要特定的胎 具。3.2焊接过程控制在焊接过程中对于焊接变形的控制应当在焊接方法、焊接工艺参数方面进行 严格的选择，针对焊接构件的特点选择相应焊接方法。其次在焊接过程中对于焊 接变形进行控制还应当提高焊接人员的业务水平，作业人员应严格遵守操作规范 及工

8、艺卡设定的焊接工艺参数，禁止随意更改焊接电流及焊接速度，确保小的线 能量输入，每层焊缝的层间温度严格控制在100C以内。同时，焊接时对于管材 可将圆周划分为四个区域，首先进行定位点焊，然后对称焊接；3.3焊后矫正在焊接后如果出现了焊接变形，则需要进行矫正。主要采用机械矫正和火焰 矫正法，机械矫正主要采用压力机、矫正机或手工锤击的机械方法产生新的塑性 变形，与原变形互相抵消，从而起到矫正的目的，机械矫正对于强度较高钢应慎 用。火焰加热法加热时产生的局部塑性来抵消焊接变形。整体而言，焊接后矫正 可能在会在一定程度上造成对不锈钢构件的损害，而对于矫正方法的选择应当更 加慎重，同时应当注重在焊接前和焊

9、接过程中对焊接变形进行控制，尽量避免在 焊接后进行矫正。结束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：现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范.GB50236-2011 ,15-17.工业金属管道工程施工规范.GB 50235-2010.29-30.王步美，陈挺，徐涛等.焊接工艺对奥氏体不锈钢焊接接头应变强化性能的 影响J.机械工程材料，2013 (2)： 29 33.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 (18).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 (