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摘 要：正确控制焊接过程中的变形问题，将有助于提高焊接的质量，本文介绍了焊接变形的种类和主要影响因素，探讨了控制焊接变形的一些技术手段，对一些焊接结构设计和控制变形操作具有一定的参考作用。
关键词：焊接；焊接变形；焊接应力；变形控制
焊接是机械加工中非常重要的一个工艺环节，但是金属结构件在焊接过程经常会出现一些难以预料的结构变形，严重影响到设备的结构强度和刚度、设计精度及安装工艺，同时也会给生产增加许多额外的工序，延长了生产周期，提高了生产成本，最后造成极大的浪费。因此，了解焊接变形的产生机理，掌握焊接变形形成的主要因素和规律，探寻控制变形的方法，将有利于提高焊接质量以及设备的机械性能，给我们的生产带来重大的影响。
一、焊接变形的种类和主要影响因素
1.焊接变形的种类
（1）纵向和横向收缩变形：焊件在焊后延焊缝方向发生的纵向收缩变形和垂直于焊缝方向发生的横向收缩变形。这两种收缩变形都是难以修复的，应在焊前下料时留有一定的余量，避免焊件焊后返工或报废；
（2）弯曲变形：是由焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形引起的构件焊后的弯曲，例如横向焊缝在构件上分布不对称引起的变形；
（3）角变形：焊缝截面形状不对称，或施焊层次不合理致使焊件的平面围绕焊缝在厚度方向上横向收缩变形，例如T型接头的变形；
（4）波浪变形：焊件在焊接内应力的压应力的作用下，焊件可能失稳，焊后呈波浪形。实际生产中薄板容易在焊后产生这种成波浪型的变形，例如：由几条相互平行的角焊缝横向收缩产生的组合变形就会形成波浪变形；
（5）扭曲变形：焊后沿构件的长度方向出现的螺旋形变形，而造成扭曲变形的原因一般是由于装配不良，施焊顺序不合理，致使焊缝的纵向和横向收缩变形没有规律性而引起的。角变形和波浪变形属于局部变形，其他变形类型属于整体变形。
2.焊接变形的影响因素
焊接变形的影响因素是多方面的，但就机械、环境和人为三个因素相对稳定的情况来讲，影响焊接变形的主要因素有以下三个方面。
（1）材料因素的影响。材料性能对于焊接变形是很重要的一个影响因素。一般热传导系数越小的材料，温度梯度越大，焊接变形越显著；随着材料热膨胀系数的增加，焊接变形也相应的增加。同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用。
（2）结构因素的影响。焊接结构的设计对焊接变形的影响最为关键。其中包括焊缝分布、焊缝截面积、坡口形式、焊件板的厚度及加强筋板的位置和数量等诸多方面。一般来讲，焊缝在设计时应考虑对称、均部及分散，这样可减小焊件的焊接变形。焊缝截面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝截面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且是主要的影响因素，因此，当焊件厚度相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。对于焊件板的厚度及加强筋板的位置、数量等进行优化，对减小焊接变形有着十分重要的作用。
（3）工艺因素的影响。焊接工艺对焊接变形的影响方面很多。比如焊接方法、焊接热输入量、焊接顺序、构件的定位或固定方式、焊胎及夹具的应用等。首先要选择正确的焊接方法，不同的方法造成热输入量也不同，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。焊接顺序对焊接变形的影响较为显著。一般情况下，不同的焊接顺序焊后将产生不同的变形量，所以在焊接时应尽量采取以下焊接方法：对称焊接，焊缝不对称时，先焊焊缝少的一侧。
二、控制变形的方法
1.改进焊接结构。合理选择焊缝结构的形式和尺寸，避免焊缝的不均匀布置和集中分布，减少不必要的焊缝，都能有效控制焊接变形。
2.采用刚性固定法。对于刚性较小的焊接件，合理采用刚性好的夹具、支撑件、焊胎等辅助器具加以固定可以减小焊件的变形。
3.预留收缩变形余量。根据理论计算和现场经验，对焊件预先预留收缩变形量或加工量，保证焊后能够达到设计尺寸要求。
4.采用反变形法。根据理论计算和现场经验，预先把焊件人为地加工或设置产生一个变形，使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等，这样变形与反变形就能在焊后得到抵消。
5.采用合理的装配焊接顺序。对焊件适当的划分为部件、组件进行组焊后，再进行部分间的焊接，提高了组对的精度，减少了焊接变形。
6.焊前预热和焊后消应力处理。焊前预热可使焊缝周围母材温度升高，从而降低焊缝金属与周围母材的温差，降低焊接收缩内应力，减少焊接变形。对于焊接变形预先的控制是一个很重要的工作环节，但对于焊后出现的变形纠正也是对焊接质量的有效保证。
三、结语
在焊接生产中，，焊接变形是不可避免的，由于设计、工艺和操作方法的不合理会产生不同的焊接变形，而不同种类的焊接变形往往又不是单独出现的，而是同时出现，它们互相作用，互相影响。所以只有全面分析影响焊接变形的各种因素，掌握其影响规律，才能采取合理有效的措施来控制焊接变形。
参考文献：
[1]朱江.焊接变形的控制和预防[J].电焊机.2009（8）：90～93.
[2]李晓明，孙德伟.焊接结构件焊接变形的控制[J].铁道车辆.2010（5）：10～16.
[3]曾晓红，向凯，宋瑞燕.焊接应力和焊接变形控制[J].石油化工设备.2009（2）：59～63.
[4]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].机械工业出版社，2008 .
关键词：焊接；焊接变形；焊接应力；变形控制
焊接是机械加工中非常重要的一个工艺环节，但是金属结构件在焊接过程经常会出现一些难以预料的结构变形，严重影响到设备的结构强度和刚度、设计精度及安装工艺，同时也会给生产增加许多额外的工序，延长了生产周期，提高了生产成本，最后造成极大的浪费。因此，了解焊接变形的产生机理，掌握焊接变形形成的主要因素和规律，探寻控制变形的方法，将有利于提高焊接质量以及设备的机械性能，给我们的生产带来重大的影响。
一、焊接变形的种类和主要影响因素
1.焊接变形的种类
（1）纵向和横向收缩变形：焊件在焊后延焊缝方向发生的纵向收缩变形和垂直于焊缝方向发生的横向收缩变形。这两种收缩变形都是难以修复的，应在焊前下料时留有一定的余量，避免焊件焊后返工或报废；
（2）弯曲变形：是由焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形引起的构件焊后的弯曲，例如横向焊缝在构件上分布不对称引起的变形；
（3）角变形：焊缝截面形状不对称，或施焊层次不合理致使焊件的平面围绕焊缝在厚度方向上横向收缩变形，例如T型接头的变形；
（4）波浪变形：焊件在焊接内应力的压应力的作用下，焊件可能失稳，焊后呈波浪形。实际生产中薄板容易在焊后产生这种成波浪型的变形，例如：由几条相互平行的角焊缝横向收缩产生的组合变形就会形成波浪变形；
（5）扭曲变形：焊后沿构件的长度方向出现的螺旋形变形，而造成扭曲变形的原因一般是由于装配不良，施焊顺序不合理，致使焊缝的纵向和横向收缩变形没有规律性而引起的。角变形和波浪变形属于局部变形，其他变形类型属于整体变形。
2.焊接变形的影响因素
焊接变形的影响因素是多方面的，但就机械、环境和人为三个因素相对稳定的情况来讲，影响焊接变形的主要因素有以下三个方面。
（1）材料因素的影响。材料性能对于焊接变形是很重要的一个影响因素。一般热传导系数越小的材料，温度梯度越大，焊接变形越显著；随着材料热膨胀系数的增加，焊接变形也相应的增加。同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用。
（2）结构因素的影响。焊接结构的设计对焊接变形的影响最为关键。其中包括焊缝分布、焊缝截面积、坡口形式、焊件板的厚度及加强筋板的位置和数量等诸多方面。一般来讲，焊缝在设计时应考虑对称、均部及分散，这样可减小焊件的焊接变形。焊缝截面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝截面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且是主要的影响因素，因此，当焊件厚度相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。对于焊件板的厚度及加强筋板的位置、数量等进行优化，对减小焊接变形有着十分重要的作用。
（3）工艺因素的影响。焊接工艺对焊接变形的影响方面很多。比如焊接方法、焊接热输入量、焊接顺序、构件的定位或固定方式、焊胎及夹具的应用等。首先要选择正确的焊接方法，不同的方法造成热输入量也不同，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。焊接顺序对焊接变形的影响较为显著。一般情况下，不同的焊接顺序焊后将产生不同的变形量，所以在焊接时应尽量采取以下焊接方法：对称焊接，焊缝不对称时，先焊焊缝少的一侧。
二、控制变形的方法
1.改进焊接结构。合理选择焊缝结构的形式和尺寸，避免焊缝的不均匀布置和集中分布，减少不必要的焊缝，都能有效控制焊接变形。
2.采用刚性固定法。对于刚性较小的焊接件，合理采用刚性好的夹具、支撑件、焊胎等辅助器具加以固定可以减小焊件的变形。
3.预留收缩变形余量。根据理论计算和现场经验，对焊件预先预留收缩变形量或加工量，保证焊后能够达到设计尺寸要求。
4.采用反变形法。根据理论计算和现场经验，预先把焊件人为地加工或设置产生一个变形，使这个变形与焊后发生的变形方向相反而数值相等，这样变形与反变形就能在焊后得到抵消。
5.采用合理的装配焊接顺序。对焊件适当的划分为部件、组件进行组焊后，再进行部分间的焊接，提高了组对的精度，减少了焊接变形。
6.焊前预热和焊后消应力处理。焊前预热可使焊缝周围母材温度升高，从而降低焊缝金属与周围母材的温差，降低焊接收缩内应力，减少焊接变形。对于焊接变形预先的控制是一个很重要的工作环节，但对于焊后出现的变形纠正也是对焊接质量的有效保证。
三、结语
在焊接生产中，，焊接变形是不可避免的，由于设计、工艺和操作方法的不合理会产生不同的焊接变形，而不同种类的焊接变形往往又不是单独出现的，而是同时出现，它们互相作用，互相影响。所以只有全面分析影响焊接变形的各种因素，掌握其影响规律，才能采取合理有效的措施来控制焊接变形。
参考文献：
[1]朱江.焊接变形的控制和预防[J].电焊机.2009（8）：90～93.
[2]李晓明，孙德伟.焊接结构件焊接变形的控制[J].铁道车辆.2010（5）：10～16.
[3]曾晓红，向凯，宋瑞燕.焊接应力和焊接变形控制[J].石油化工设备.2009（2）：59～63.
[4]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].机械工业出版社，2008 .