不锈钢薄板焊接变形影响因素与控制方法

不锈钢薄板焊接变形影响因素与控制方法

侯震冬 李仲阳 亢永升

中国中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 063000

摘要：近年来，不锈钢薄板的焊接随着不锈钢薄板的广泛应用变得尤为重要。不锈钢薄板的焊接变形严重影响焊接质量和使用性能，具有复杂性和多样性，常见的变形主要有横向收缩、纵向收缩、弯曲变形和翘曲变形。在薄板焊接过程中，要考虑材料、几何形状、尺寸和约束条件的影响。同时，在影响因素的范围内应考虑焊接工艺和焊接参数。具体来说，薄板的屈曲变形抗力和临界载荷主要与材料、几何等设计变量有关，而焊接残余应力与焊接方法和焊接参数密切相关。一般来说，通过合理的设计和制造参数，可以减少或消除不锈钢薄板的焊接变形。

关键词：不锈钢薄板；焊接变形；影响因素；控制方法

引言

不锈钢薄板的焊接过程中，受各种因素的影响，容易发生结构变形，影响焊接质量和薄板的性能。本文从改善不锈钢板焊接工艺的角度，分析了影响焊接变形的因素，希望通过有效的管理策略和控制方法来控制板的弯曲变形，以保证焊接质量。

1 焊接变形的危害

焊接变形是指焊接过程中不均匀的温度场影响工件形状和尺寸的变化。这种变化可分为两种，一种是随温度变化的瞬时焊接变形变化，另一种是工件完全冷却后的焊接残余变形变化。焊接变形对结构的安装精度有很大影响。如果变形程度过大，结构的承载力将显著降低，影响结构的性能和使用寿命。例如天津四号线TC车底架前端吸能装置上铺设有2mm不锈钢板材结构与前端框架结构焊接方式连接。在第一辆前端制造过程中，由于焊接方式采用30（80）段焊形式，且焊接密度较大产生焊接应力，导致司机是前端不锈钢地板在焊接完成后出现局部凹坑和凸起，边缘出产生大的波浪变形。最大值达到11mm，不符合设计工艺规定的每米3mm/2mm的误差要求。

2 焊接变形的影响因素

2.1 输入热源对焊接变形的影响

不锈钢板的焊接过程中，当焊接区域受到局部高温热源的影响时，温度继续升高，同时会发生局部熔化。如果加热该区域的材料，焊接区域可以扩大。但是，周围温度比较低，可对焊接区形成约束力作用，并造成弹性热应力，随着温度的持续升高，焊件材料屈服应力极限不断降低，当热弹性应力大于屈服极限时，即可产生热压缩。在冷却过程中，焊缝区域与周边位置温度场不均匀，也可形成收缩变形。在焊接的过程中，不能盲目的增加其焊接量，否则会导致焊缝坍塌的情况，甚至会产生焊缝内凹等情况。因此，在焊接过程中，构件的相关尺寸不合适，极易引起不锈钢薄板的变形问题。

2.2 焊件装配

在焊接零件的装配过程中，为了尽量减小多余的装配应力，有必要选择合适的装配顺序。在正常情况下，如果不能合理控制装配顺序，焊接质量就无法得到保证。分析不锈钢薄板的结构，并在装配过程中产生新的残余应力。如果残余应力超过材料本身的临界变形应力，则会发生焊接变形。技术人员应采取有效措施，避免或减少装配压力。

3 不锈钢薄板焊接过程中对变形的控制措施

3.1 选择合理的切割技术

在不锈钢板的切割作业中，相关的切割人员需要经过专业的切割工艺，以有效地减少钢板的不良变形。在实际加工工作中，通常需要选择等离子切割工艺进行切割。通过该技术的有效应用，实际切割效率较高，切割后钢板边缘区域形状变化较小。如果技术条件允许，可以采用更先进的激光切割技术。切割完成之后的不锈钢薄板需要对边缘区域进行有效的打磨处理，以此来为后续的焊接工作打下良好的基础。

3.2 采用多点加热方法

在不锈钢薄板焊接变形控制方面，多点加热法的优点是明显的，有利于纠正薄板的凹凸变形。在焊后热处理时，可以对间隙位置进行热处理，避免焊后回弹变形，保证焊接构件尺寸稳定。在具体的焊接过程中，要求加强焊前、焊后控制，选择专业化焊接技术和设备，合理制定施工工序，对薄壁结构焊缝进行适当调整，当达到焊接残余变形应变循环后，对由于纵向收缩所造成的挠区进行调整，避免在加热过程中发生纵向塑形压应变，通过合理应用多点加热方式，能够对热输入机械拉伸温差进行有效控制，同时还有利于控制冷却夹具，促进冷却温度的增加。此外，工艺参数也可根据实际情况进行调整，避免纵向塑性变形性能的变化。同时，采用动态温差拉伸技术可以避免焊接热裂纹的发生。

3.3 焊接时钢性固定

焊接前用夹具或临时支架固定工件，减少焊接时的角变形和波变形，保证装配的几何尺寸。如果不锈钢薄板焊缝较长，可采用压铁法在焊缝两侧放置，以减少焊缝变形。这种方法虽然可以一定程度上减少焊接变形，但是会增加焊接应力。

3.4 热源控制

目前，国内外许多学者都提出了通过设置辅助热源或冷源来细化焊接温度场的方法，既可以减小应力又可以控制焊接变形。通过上述方法，对激光焊接薄板的变形进行控制，借助相应的试验得到了薄板失稳变形控制的最佳冷却参数，借助单一的冷却手段，能够有效将1.5mm薄板的焊接变形消除，不过对于厚度更小的0.8mm薄板，则需要以夹具配合动态冷却，才能切实将残余变形消除。

3.5 利用动态温差拉伸法控制不锈钢薄板的焊接变形

这种方法能够真正意义上的防止焊接过程中，板材出现热裂纹的情况，也能够有效的较少工作过程中产生的变形，因此，动态温差拉伸法的合理应用能够帮助相关工作人员在进行不锈钢薄板的焊接过程中获得最小的焊接变形，有利于构件在不同领域中的应用于发展。

3.6 采用氧气乙炔火焰调修方法释放焊接应力

采用火焰加热调修首先要分析变形的原因，明确加热的方法、加热的形状和加热的位置以及加热温度和时间，车体的调修主要是对车体合成组焊后，内部尺寸发生变化。就是车体的内高、内宽超出设计工艺规定的尺寸，需要通过火焰加热的方法达到设计工艺规定的尺寸。空腔型材采用加热焊缝的方法，使型材内外收缩，达到设计工艺要求的理想尺寸。对板梁结构，采用点状加热或三角形加热的方法来保证平度和直线度。

4 结语

不锈钢薄板在焊接的过程中，会因为各种、客观因素产生一定程度上的变形，严重的变形会影响产品的最终质量。焊接过程中的变形情况有着复杂、多元等特征，为提高焊接质量，相关工作人员必须深入研究变形产生的因素以及不同因素的不同控制方法。国外的焊接技术发展较早，在各个方面都领先于我国的相关技术，为了缩小我国与别国之间的技术差距，相关工作人员也要不断的进行科研活动，推动我国相关行业的不断发展。随着大量的理论实践以及实验，我国在变形影响因素以及相关控制方法的研究上取得了一定的成果，能够有效提升我国薄板焊接的工艺水平。

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