如何控制大型结构件焊接变形？

众所周知，结构件在焊接过程进行当中，当其局部受热时，因受其周围构件约束不能充分伸展， 产生压应力；当其冷却时，因焊缝收缩而产生拉应力，使焊件产生弯曲变形。故当焊接过程结束后，焊件内部既存在着压应力又存在着拉应力，既存在着弹性变形又存在塑性变形，焊缝内部因焊缝收缩产生压应力，焊缝周边的母材金属因受拉而产生拉应力。可以说这些应力和应变的产生是不可避免的。因此，我们对焊接结构件从结构设计、焊接工艺因素两个方面控制其对焊接变形的影响。

结构设计方面应注意的问题

1、在结构许可的情况下尽量减少焊缝数量

焊缝数量少，需要输入的焊接热能就小，焊接变形就会减小。用钢板焊接的箱体类，若厚度在 10mm 以下，可先将钢板弯曲成一定形状然后再进行焊接，这样不但可以减少焊缝数量，使焊缝对称和外形美观，而且可以提高构件刚度，减少构件变形。节约了工时和焊材，效果十分显著。

2、合理设计焊缝形式及尺寸

对接焊缝的受力状况好于角焊缝，因此，在可能的情况下优先采用对接焊缝。我们知道，焊缝尺寸越大，须填 充的焊接材料就越多，焊接时输入焊件中的热量就越大，焊缝收缩时产生的内应力就越大，焊件的焊接变形就 越大。因此，在满足强度要求的前提下应尽量减小焊缝尺寸。

3、焊缝位置应尽量对称布置

在焊接过程中，焊件因局部受热和快速冷却内部产生压应力和拉应力而产生应变。当焊缝位置对称时，焊缝冷 却时产生的应力和应变就可以相互抵消一部分，整体上就可以得到较小的变形。缝位置应尽量布置在构件刚度 较大的地方, 在其它条件相同的情况下，焊缝所处位置刚度越大，其焊接变形相对要小，对控制焊件的整体变形有利。

4、焊缝位置避免集中和重叠

当焊缝相对集中和重叠时，热影响区相互影响，不仅使热影响区的母材金属因反复加热而变得晶粒粗大，机械性能下降，而且使得变形加大，影响焊件尺寸精度。因此，应将焊缝尽量错开。各条焊缝之间的距离应保持在100mm 以上。

焊接工艺设计应注意的问题

1、保证下料尺寸合理准确

下料尺寸准确与否直接关系到构件的尺寸精度，进而直接影响构件的组焊精度。下料尺寸偏短，则焊缝组焊间隙就偏大，所需填充的焊接材料就多，焊件所受的热量就越多，焊件的焊接变形就相对要大，通常焊件组对间 隙要小于 3mm。对型材，若为热切割方式下料，则要求留少许余量，切割后打磨掉余量。

2、控制组合胎具尺寸精度

组合胎具的精度是保证焊接件组焊尺寸准确与否的关键，若组焊胎具的偏差过大，结构件的组焊尺寸精度的保 证就无从谈起。对大型结构件，不但要控制其纵横轴向的尺寸偏差，而且要控制关键截面的对角线偏差。通常 要求大型组焊件组焊胎具的线性尺寸偏差在千分之二以内。另外，亦应对组合平台的平面度加以控制，平台的 平面度过大，工件压紧后会产生变形，造成工件组焊后的平面度偏差过大。通常，控制组合平台的平面度在3mm 范围之内。

3、选择合理的焊接方法

焊条电弧焊作为一种常用的焊接方法因其简单方便，适应性强而在生产中得到广泛的应用。但缺点是效率低。 埋弧自动焊因输入电流大、熔敷效率高而在长焊缝连续焊接的大型工件中得到较多应用，但它不适应井架、钻台等较短焊缝的焊接。CO2 气体保护焊因其电流密度大，焊丝熔率高，热影响区小，焊接变形小，厚板薄板 均能焊接、焊接成本低、生产效率高等诸多优点而越来越多的焊接领域中得到推广应用。目前所需要解决的问 题是焊接飞溅大、当 CO2 气体纯度低于 99.5％时焊缝中易产生大量的气孔，这可以通过采取使用高纯度 CO2 气体，配以使用药芯焊丝、以及使用混合保护气等措施加以解决。

4、采用合适的焊接工装

大型焊接结构件由于工件尺寸较大，整体的焊接变形积累值就越大，采用合适的焊接工装组焊，工件定位后压紧焊接，避免了在自由状态下组焊，工件在工装内始终处于的焊接位置。可以很好的控制焊接变形。建议采用三维柔性焊接工装，现市面上柔性焊接工装的生产设计均较成熟，对于新开发产品试样可以大幅度的节约焊接工装的成本。

5、焊接应力的消除与焊接变形的矫正

焊接变形与焊接残余应力密切相关，正是因为焊缝内部存在焊接残余应力才导致了焊接变形的产生。若焊缝中存在着较大的残余应力，则在使用过程中会产生应力集中现象，严重的会导致焊缝产生裂纹，造成工件的损坏，给设备造成重大的安全隐患。同时随着工件的使用，焊接残余应力不断释放，又会产生新的变形。因此，在工件组焊完以后，通常要进行消除应力处理和调矫变形，使其能够满足图纸要求和使用要求。

，从设计及工艺两方面综合考虑各种影响焊接变形的因素并采取相应的措施，就能有效地控制焊接变形。

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