焊接變形是指在焊接過程中，由于不均勻的熱輸入和熱輸出，導(dǎo)致被焊件的形狀和尺寸發(fā)生改變的現(xiàn)象。焊接變形不僅影響焊接質(zhì)量和外觀，還會(huì)降低焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，甚至導(dǎo)致裂紋、脫層等缺陷的產(chǎn)生。因此，了解焊接變形的原因和分類，掌握消除或減少焊接變形的方法，對(duì)于提高焊接效率和保證焊接性能具有重要意義。

I. 焊接變形的原因和分類

焊接變形的產(chǎn)生主要是由于以下三個(gè)方面的因素：

1. 焊接溫度場(chǎng)：在焊接過程中，被焊件受到高溫?zé)嵩吹淖饔茫a(chǎn)生溫度梯度和熱循環(huán)。這些溫度變化會(huì)引起被焊件的熱脹冷縮和相變，從而導(dǎo)致不同部位的收縮量不同，造成內(nèi)部應(yīng)力和變形。

2. 焊縫收縮：在焊接過程中，熔敷金屬?gòu)囊簯B(tài)到固態(tài)的過程中會(huì)發(fā)生體積收縮。這種收縮會(huì)使得熔敷金屬對(duì)周圍基體金屬產(chǎn)生拉力，從而導(dǎo)致基體金屬向焊縫方向移動(dòng)，造成變形。

3. 結(jié)構(gòu)剛度：在焊接過程中，被焊件受到周圍環(huán)境或其他部件的約束或支撐，使得其不能自由收縮或伸展。這種約束或支撐會(huì)影響被焊件的剛度，即抵抗變形的能力。一般來說，結(jié)構(gòu)剛度越大，變形越小；結(jié)構(gòu)剛度越小，變形越大。

根據(jù)變形發(fā)生在平面內(nèi)還是平面外，以及變形的方向和形式，可以將焊接變形分為以下幾種類型：

1. 縱向收縮變形：指沿著焊縫長(zhǎng)度方向發(fā)生的收縮變形。縱向收縮變形主要取決于焊縫長(zhǎng)度、截面積和結(jié)構(gòu)剛度。一般來說，縱向收縮隨著焊縫長(zhǎng)度和截面積的增加而增加，隨著結(jié)構(gòu)剛度的增加而減少。

2. 橫向收縮變形：指垂直于焊縫方向發(fā)生的收縮變形。橫向收縮變形主要取決于熱輸入、板厚和坡口角度。一般來說，橫向收縮隨著熱輸入和板厚的增加而增加，隨著坡口角度的增加而減少。

3. 角變形：指由于橫向收縮沿著板厚方向不均勻而引起的回轉(zhuǎn)變形。角變形主要取決于坡口類型、層數(shù)和順序。一般來說，角變形隨著坡口深度、層數(shù)和順序的增加而增加。

4. 彎曲變形：指由于結(jié)構(gòu)上的焊縫布置不對(duì)稱或焊件斷面形狀不對(duì)稱，導(dǎo)致焊縫收縮引起的彎曲變形。彎曲變形主要取決于焊縫位置、長(zhǎng)度和方向。一般來說，彎曲變形隨著焊縫離中性軸的距離、長(zhǎng)度和角度的增加而增加。

5. 扭曲變形：指由于焊縫角變形沿長(zhǎng)度方向分布不均勻，或者由于裝配不良、焊接順序不合理等原因，導(dǎo)致焊縫收縮沒有一定的規(guī)律，造成構(gòu)件的扭曲變形。扭曲變形主要取決于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性、剛度和焊接順序。一般來說，扭曲變形隨著結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性、剛度的減小和焊接順序的不合理而增加。

6. 波浪變形：指由于結(jié)構(gòu)剛度小，在焊縫的縱向收縮、橫向收縮綜合作用下造成較大的壓應(yīng)力而引起的波浪狀變形。波浪變形主要發(fā)生在薄板或者焊縫密集的地方。一般來說，波浪變形隨著板厚的減小和焊縫密度的增加而增加。

II. 焊接變形的危害

焊接變形會(huì)給焊接產(chǎn)品帶來以下幾方面的危害：

• 降低裝配質(zhì)量：由于焊接變形導(dǎo)致被焊件的尺寸和形狀偏離設(shè)計(jì)要求，使得裝配時(shí)出現(xiàn)間隙過大或過小、錯(cuò)位或重疊等問題，影響裝配的精度和牢固性。

• 影響外觀質(zhì)量：由于焊接變形導(dǎo)致被焊件的表面出現(xiàn)凹凸不平、彎曲扭曲等缺陷，影響產(chǎn)品的美觀和整體性。

• 降低承載力：由于焊接變形導(dǎo)致被焊件的幾何尺寸發(fā)生改變，使得其受力狀態(tài)發(fā)生改變，從而影響其承受載荷的能力。特別是對(duì)于受彎或受扭的結(jié)構(gòu)，由于彎曲或扭曲變形導(dǎo)致其截面性能下降，使得其抵抗彎矩或扭矩的能力降低。

• 增加矯正工序：為了消除或減少焊接變形，必須采取相應(yīng)的矯正措施，如機(jī)械矯正、熱矯正等。這些矯正工序不僅會(huì)增加工時(shí)和成本，還會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

• 提高制造成本：由于焊接變形導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，需要進(jìn)行重新加工或報(bào)廢，造成材料和人力的浪費(fèi)。同時(shí)，為了防止或減少焊接變形，需要采取相應(yīng)的控制措施，如預(yù)留余量、反變形、剛性固定等。這些措施也會(huì)增加材料和設(shè)備的投入，提高制造成本。

III. 消除或減少焊接變形的方法

為了消除或減少焊接變形，可以從以下三個(gè)方面采取相應(yīng)的控制措施：

1) 設(shè)計(jì)措施：在設(shè)計(jì)階段就考慮到焊接變形的影響

設(shè)計(jì)措施是在設(shè)計(jì)階段就考慮到焊接變形的影響，從而選擇合理的結(jié)構(gòu)形式、材料、尺寸、焊縫類型、數(shù)量、位置等，以減少焊接變形的可能性和程度。具體的設(shè)計(jì)措施有：

• 提高結(jié)構(gòu)剛度：結(jié)構(gòu)剛度是指結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。一般來說，結(jié)構(gòu)剛度越大，焊接變形越小；結(jié)構(gòu)剛度越小，焊接變形越大。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量提高結(jié)構(gòu)剛度，如增加筋板、加強(qiáng)肋、采用箱型結(jié)構(gòu)等。
  

  
  

• 減少焊縫尺寸：焊縫尺寸是指焊縫的寬度、深度和長(zhǎng)度。一般來說，焊縫尺寸越大，熱輸入越多，焊接變形越大；焊縫尺寸越小，熱輸入越少，焊接變形越小。因此，在保證焊接質(zhì)量和強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量減少焊縫尺寸，如采用較小的坡口角度、間隙和層數(shù)等。
  

  
  

• 減少焊縫數(shù)量：焊縫數(shù)量是指同一結(jié)構(gòu)中需要施焊的焊縫的個(gè)數(shù)。一般來說，焊縫數(shù)量越多，熱輸入越多，熱應(yīng)力和熱變形越大；焊縫數(shù)量越少，熱輸入越少，熱應(yīng)力和熱變形越小。因此，在保證結(jié)構(gòu)完整性和承載能力的前提下，應(yīng)盡量減少焊縫數(shù)量，如采用較厚的板材、較大的截面、較簡(jiǎn)單的形狀等。
  

  
  

• 合理布置焊縫位置：焊縫位置是指焊縫相對(duì)于結(jié)構(gòu)中心軸或中性面的距離和方向。一般來說，焊縫位置越靠近中心軸或中性面，對(duì)稱性越好，平衡性越好，焊接變形越小；焊縫位置越遠(yuǎn)離中心軸或中性面，對(duì)稱性越差，平衡性越差，焊接變形越大。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量使焊縫位置靠近中心軸或中性面，并保持對(duì)稱性和平衡性。

2) 工藝措施：在裝配和施焊過程中采取適當(dāng)?shù)姆椒刂谱冃?/span>

工藝措施是在裝配和施焊過程中采取適當(dāng)?shù)姆椒刂谱冃危瑥亩鴾p少或消除由于溫度場(chǎng)不均勻引起的收縮和扭曲等現(xiàn)象。具體的工藝措施有：

• 合理選擇裝配順序：裝配順序是指將各個(gè)部件組合成整體的先后次序。一般來說，裝配順序應(yīng)遵循以下原則：先對(duì)稱后不對(duì)稱，先簡(jiǎn)單后復(fù)雜，先自由后約束，先小后大。這樣可以減少裝配誤差和累積誤差，提高裝配精度和質(zhì)量。

• 合理選擇焊接順序：焊接順序是指將各個(gè)焊縫按照一定的順序和方向進(jìn)行施焊的次序。一般來說，焊接順序應(yīng)遵循以下原則：先對(duì)接后角焊，先中心后周邊，先對(duì)稱后不對(duì)稱，先分段后連續(xù)，先跳焊后回焊。這樣可以減少熱應(yīng)力的疊加和變形的累積，提高焊接質(zhì)量和效率。

• 合理選擇焊接參數(shù)：焊接參數(shù)是指影響焊接過程的各種因素，如電流、電壓、速度、極性、氣體流量等。一般來說，焊接參數(shù)應(yīng)遵循以下原則：盡量減少熱輸入，盡量提高熱效率，盡量均勻熱分布。這樣可以減少熱影響區(qū)的范圍和深度，減少熱應(yīng)力和熱變形的大小。

• 預(yù)加反變形法：預(yù)加反變形法是在施焊前根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或計(jì)算預(yù)先給予被焊件一定的反方向變形量，使其在施焊后的變形與預(yù)加的反變形量相抵消或相補(bǔ)償。這種方法適用于有一定剛度和彈性的結(jié)構(gòu)，如箱型結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等。

• 剛性固定法：剛性固定法是在施焊前用夾具或其他裝置將被焊件牢固地固定在一定的位置和形狀上，使其在施焊過程中不能自由收縮或伸展。這種方法適用于剛度較小或自由度較大的結(jié)構(gòu)，如薄板結(jié)構(gòu)、管道結(jié)構(gòu)等。

• 錘擊法：錘擊法是在施焊過程中或施焊后趁熱用圓頭錘輕而密地敲擊焊縫及其周圍區(qū)域，使其產(chǎn)生塑性變形和延展性收縮，從而減少或消除殘余應(yīng)力和變形。這種方法適用于可塑性較好的材料，如低碳鋼、鑄鐵等。

3) 矯正措施：在施焊后采取必要的方法恢復(fù)變形

矯正措施是在施焊后采取必要的方法恢復(fù)變形，從而使被焊件符合設(shè)計(jì)要求或使用要求。具體的矯正措施有：

• 機(jī)械矯正法：機(jī)械矯正法是利用機(jī)械力對(duì)被焊件進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等作用，使其產(chǎn)生塑性變形或彈性回復(fù)，從而消除或減小變形。這種方法適用于剛度較大或變形較小的結(jié)構(gòu)，如鋼梁、鋼柱等。
  

  
  

• 熱矯正法：熱矯正法是利用局部加熱或整體加熱對(duì)被焊件進(jìn)行溫度處理，使其產(chǎn)生不均勻收縮或相變收縮，從而消除或減小變形。這種方法適用于剛度較大或變形較大的結(jié)構(gòu)，如鋼橋、鋼塔、鋼箱梁等。具體的熱矯正法有以下幾種：
  

  
  

1. 局部加熱法：局部加熱法是在被焊件的凹陷部分或?qū)ΨQ面上用火焰或電流等方式進(jìn)行局部加熱，使其產(chǎn)生不均勻收縮，從而抵消或減小變形。這種方法要求加熱溫度和時(shí)間的控制，一般加熱溫度不宜超過600℃，加熱時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以免影響材料的性能和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。加熱后應(yīng)及時(shí)冷卻，以防止再次變形。局部加熱法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，效果明顯；缺點(diǎn)是可能造成局部應(yīng)力集中和裂紋產(chǎn)生。
   

   
   

2. 整體加熱法：整體加熱法是將整個(gè)被焊件或主要受力部分放入加熱爐中進(jìn)行均勻加熱，使其產(chǎn)生相變收縮，從而消除或減小變形。這種方法要求加熱溫度和保溫時(shí)間的選擇，一般加熱溫度應(yīng)低于臨界溫度，保溫時(shí)間應(yīng)根據(jù)材料的相變速率和厚度確定。加熱后應(yīng)緩慢冷卻，以防止殘余應(yīng)力和新的變形產(chǎn)生。整體加熱法的優(yōu)點(diǎn)是可以消除較大的變形和殘余應(yīng)力；缺點(diǎn)是設(shè)備要求高，成本較高，可能影響材料的組織和性能。
   

   
   

3. 火焰校正法：火焰校正法是利用鋼材受熱后以1.2×10?/℃的線性膨脹系數(shù)向各方向伸長(zhǎng)，當(dāng)冷卻到原來的溫度時(shí)，除收縮到原來未加熱時(shí)的長(zhǎng)度外，且按1.48×10?/℃的收縮率進(jìn)一步收縮而使其收縮后較原來長(zhǎng)度短的這一特性，在適當(dāng)部位對(duì)已變形的構(gòu)件進(jìn)行火焰加熱，冷卻后即產(chǎn)生很大的冷縮應(yīng)力，達(dá)到校正變形的目的。這種方法要求火焰的移動(dòng)速度、方向、距離、溫度等參數(shù)的控制，一般火焰溫度為600～700℃，移動(dòng)速度為3～5秒/點(diǎn)。火焰校正法的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)復(fù)雜形狀和大尺寸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行校正；缺點(diǎn)是可能造成局部過熱、過冷、裂紋等問題。

總之，焊接變形是一種不可避免的現(xiàn)象，它會(huì)給焊接產(chǎn)品帶來質(zhì)量、性能和成本方面的影響。因此，我們應(yīng)該從設(shè)計(jì)、工藝和矯正三個(gè)方面采取有效的控制措施，以消除或減少焊接變形的產(chǎn)生。同時(shí)，我們也應(yīng)該根據(jù)不同的材料、結(jié)構(gòu)和條件選擇合適的方法和參數(shù)，以保證焊接的安全和可靠。

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