焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响

王喆李国庆

（辽阳石化公司特种设备焊接作业人员考试机构，辽宁，辽阳，111000）

【摘要】介绍了不锈钢焊接变形的种类，并详细分析了不锈钢件在焊接过程中各种变形产生的原因，并对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；不锈钢焊件

前言：

目前，随着社会的进步，科技的发展，现代化建设离不开焊接，近年来不锈钢产业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。但是不锈钢在应用过程中需要进行焊接操作，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，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，由于焊接时温度分布不均，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

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，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，影响不锈钢件稳定性和安全性。

三、预防不锈钢焊接变形的焊接工艺优化措施

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。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200～400℃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。例如，在焊接过程中采用跟踪激冷、随焊两侧加热、随焊碾压等措施都能够较好地控制焊接变形问题。随焊两侧加热能够使得纵向应变分布更加均匀，减小残余应力，而随焊碾压方法则需要相关的特殊设备，应用限制较大。另一方面，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，如严格遵守操作规范，根据工艺方案严格设定焊接工艺参数，禁止随意更改焊接工艺参数。需对焊接人员进行相关的培训，丰富焊接人员操作经验。

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。例如，针对局部热变形问题，在焊接后需要对构件的相关区域进行加热，使得局部区域产生压缩性塑性变形，从而对焊接变形进行一定的抵消。加热方式一般为火焰加热，使用方便，并且在焊接变形矫正中也应用最为广泛。对于焊接变形的另一种矫正方法则为整体加热法，也就是将整体构件加热至一定温度再进行锻造，该方法对于大型不锈钢构件焊接变形问题并不适用，应用限制也较多。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。

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