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刘东五+贾延学+耿建军

中图分类号：TM829 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0252-01

1 影响焊接结构质量因素

（1）影响焊接结构变形的主要因素。

a.焊缝在结构中的位置；b.结构刚性的大小；c.装配和焊接顺序；d.焊接规范的选择。

（2）焊接变形的种类。

a.纵向收缩和横向收缩（在焊缝长度方向上的收缩称纵向收缩，在垂直于焊缝纵向的收缩称横向收缩）；b.角变形；c.弯曲变形；d.波浪变形；e.扭曲变形。

（3）从焊接工艺上分析，影响焊接收缩量的因素。

a.采用焊条电弧焊焊接长焊缝时，一般采用焊前沿焊缝进行点固焊，有利于减小焊接变形，同时也有利于减小焊接内应力。b.备料情况和装配质量对焊接变形也会产生影响。c.焊接工艺中影响焊缝收缩量的因素有：①线膨胀系数大的金属材料其焊接变形大，反之焊接变形小。②焊缝的纵向收缩量随着焊缝长度的增加而增加。③角焊缝的横向收缩比对接焊缝的横向收缩小。④间断焊缝比连续焊缝的收缩量小。⑤多层焊时，第一层引起的收缩量最大，以后各层逐渐减小。⑥在夹具固定条件下的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量小，减少约40%～70%。

2 焊接顺序优化

根据工件的结构形式确定合理的组装顺序，使工件结构在同一位置收缩。如图1a所示，在工件中和轴处开双面坡口，采用多层焊接，并确定双面焊接顺序。如图1b所示，在角焊缝中采用间断焊接，第1道焊接中的收缩由第2道焊接中的收缩平衡。工装夹具可在所需的位置固定工件，增加刚性，减小焊接变形。这一方式广泛用于小工件或小型组件的焊接，由于增大了焊接应力，只适用于塑性较好的低碳钢结构。

焊接时产生受热和冷却，传输热量时也需要时间。因此，时间因素也影响变形。通常，希望体积大的工件受热膨胀之前，焊接尽快完成。焊接工艺，如焊条的类型和尺寸、焊接电流、焊接速度等影响焊接工件收缩和变形的程度。机械化焊接设备的使用减少了焊接时间和受热引起的变形量。例如：一给定焊缝尺寸的厚板确定焊接工艺参数：焊接电流175A、焊接电压25V、焊接速度7.5cm/min、焊接线能量输入387/500J；同样尺寸的焊缝也可确定这样的焊接工艺参数：焊接电流310A、焊接电压35V、焊接速度20cm/min，焊接线能量输入81400J。高热输入的焊接工艺通常导致焊缝产生更大的变形。事实上焊缝尺寸决定了热输入。通常，角焊缝尺寸（英寸）等于热输入（kJ/in）的平方根除以500。

3 焊接质量控制对策研究

3.1 焊缝设置在中和轴

提供一个小的杠杆作用使收缩力把钢板向外拉，起到調整作用，使得焊接变形最小（见图2），工件的设计和焊接顺序可有效控制焊接变形。

3.2 焊缝为中和轴的对称焊接

焊缝为中和轴的对称焊接能有效减少工件的焊接变形，抵消收缩力（见图3）。此例中焊接的结构设计和合适的焊接顺序也是重要原因

3.2 采用逆向分段焊接

逆向分段焊接技术是指总焊接方向从左到右，而分段焊方向每段从右到左（见图4）。每个焊段分割进行，受热部分膨胀，分段从A端焊向B端。但是，膨胀逆向沿着两块钢板的外沿CD扩散。这种分段焊接取决于第一焊段的设置。好的焊缝分段焊接因前一焊段的刚性约束使其膨胀非常小。逆向分段焊接技术的在自动焊接中的应用受到制约。

特殊的重型焊接工件由于自身刚性或零件相互位置能产生所需的平衡力，如没有产生这些平衡力，就需利用其他方法来平衡焊接材料的收缩力，以达到相互抵消的目的。平衡力可以是其他收缩力、利用工装夹具形成机械约束力、部件装焊顺序排列的约束力、重力形成的约束力。

3.4 控制焊接质量的其他方法

3.4.1 水冷块

很多技术都可用来控制特殊焊接工件的焊接变形。例如，在薄板焊接中，采用水冷块可带走焊接工件的热量。采用铜焊或锡焊将铜管焊接到铜制夹具，通过水管进行循环冷却，以减少焊接变形。

3.4.2 楔形块定位板

“定位板”是钢板对焊时的一种有效控制焊接变形的技术，定位板的一端焊在工件的一块板上，另一端将楔形块楔入压板，甚至可采用多个定位板排列，以保持焊接时对焊接钢板的定位、固定。

3.4.3 消除热应力

除特殊情况外，采用加热来消除应力不是正确的方法，应在工件焊接完成前进行预防或减少焊接变形。为了减少焊接变形和残余应力的影响，设计和焊装工件时应注意以下几点：（1）不进行过量焊接；（2）控制好工件的定位；（3）尽可能采用间断焊接，但应满足设计要求；（4）尽可能采用小的焊脚尺寸；（5）对于开坡口焊接，应使接头的焊接量最小，并考虑双边坡口替代单边坡口接头；（6）尽可能采用多层多焊道焊替代单层双边焊交替焊接。在工件中和轴处开双面坡口焊接，采用多层焊，并确定双面焊接顺序；（7）采用多层少焊道焊接；（8）采用低热输入焊接工艺，意味着较高的熔敷率和较快的焊接速度；（9）采用变位机使工件处于船形焊位置。船形焊位置可使用大直径的焊丝和高熔敷率的焊接工艺；（10）尽可能在工件的中和轴设置焊缝，并对称施焊；（11）尽可能地通过焊接顺序和焊接定位使焊接热量均匀扩散；（12）向工件的无约束方向焊接；（13）使用夹具、工装和定位板进行调整、定位。（14）向收缩的相反方向预弯工件或预置焊缝接头。（15）按序列分件焊装和总焊装，可使焊接围绕中和轴一直保持平衡。

参考文献

[1] 桩腿厚板高强钢焊接工艺优化研究[D].曲严冰.大连理工大学，2015.

[2] 大型环形结构焊接变形刚性控制数值模拟[D].李俊仪.哈尔滨理工大学，2015.

[3] 浅析焊接变形的控制方法[J].王毅.山东工业技术.2013（15）.

[4] 浅谈提高管道焊接质量的主要措施[J].段彦峰，夏军，张滨.科技与企业.2013（04）.