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

贾晓东 1 郭金东 2

1 沈阳东管电力科技集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110000

² 中国建筑东北设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110000

摘要：不锈钢薄板焊接已应用于许多领域。例如，在核能和容器制造方面，使用了大量薄壁不锈钢材料，使容器寿命更长，环境更清洁。但是在实践中仍然存在一些问题。由于我国新的焊缝变形控制方法引进较晚，所以处理方法也有局限性。例如，不锈钢薄板焊接时容易引起焊接变形，使产品不符合图纸要求和设备标准，缺陷的处理和修复会影响产品交付时间，增加制造成本。本文分析了不锈钢薄板焊接变形的影响因素和控制措施，以供参考。

关键词：薄板焊接；控制变形；变形因素；工艺水平提升

引言

近年来，随着不锈钢薄板的广泛使用，不锈钢薄板的焊接变得尤为重要。不锈钢焊接的复杂多样变形严重影响焊接质量和使用性能。常见变形主要与横向收缩、纵向收缩、弯曲变形和左侧变形有关。焊接不锈钢薄板时，必须考虑不锈钢薄板的材料、几何、尺寸和约束的影响，并且焊接工艺和焊接参数必须包括在影响因素中。具体来说，抗屈曲板的强度和临界载荷主要对应于设计量，而导致板屈曲的滑动约束与焊接方法和参数密切相关。总而言之，选择合理的设计和制造量可以大大减少或消除薄不锈钢焊缝的变形。

1 焊接变形的影响因素

1.1 输入热源对于焊接变形的影响

在焊接过程中，焊接区在高温局部热源的影响下快速加热并局部熔化。加热区域会扩大熔接区域，而环境温度相对较低的区域会限制熔接区域并产生弹性热约束。材料的弹性极限会随着温度的升高而大幅降低，从而产生超出弹性极限的热弹性应力，并形成热压缩。冷却时，熔接区域中的材料收缩受周围区域的不均匀温度场影响，从而导致收缩变形不均匀。熔接区域中存在剩馀的拉伸应力，相邻区域中存在剩馀的压缩应力。

1.2 在切割时对于焊接件产生变形的影响

不锈钢薄板焊接变形与不锈钢切削关系很大。在实际生产中，切割不锈钢板有几种方法:电焊切割。用不锈钢棒将焊机电流提高到120A左右，切断不锈钢。电焊切割方法粗糙、不均匀、焊接质量差，很少使用。等离子切割技术用于切片机。这种切割技术目前广泛应用于工业中切割不锈钢板。但是，此切削方法主要用于非标准零件加工，其特征是小变形、快速切削速度和整齐的切削边，通常适用于非标准零件加工。激光切割技术用于切割不锈钢板。这种切割技术广泛应用于尖端产品。该技术的特点是激光产生的热源相对集中，切割速度快，热力低于切割过程中等离子体产生的热力。因此不锈钢板变形的可能性较低，更有利于后续焊接。

1.3 材料因素

对于不锈钢钣焊接，焊接变形是由钣金中的材料应力引起的。在分析钢材料的内部结构的基础上，焊接工作考虑了两种不同的载荷条件:第一种是在材料中间应力和应力等外力的影响下存在的平均表面载荷，钢材料的平均表面力均匀分布在薄板之间，第二种是平均垂直力，也称为横向力，是钢板变形的重要因素。

1.4 焊板初始粗糙度和板厚对焊接变形的影响

在实际加工生产中不锈钢薄板可能存在不同程度的初始柔性或初始几何缺陷，这可能导致板焊缝的严重变形。对于存在不平等问题的板金，初期阶段板的剩余应力和灵活性的增加相对缓慢。但当焊缝产生的应力超过某个值时，板的瞬时挠性会相对较快地增加。当初始粗糙度较高时，板可承受的临界载荷稍有降低，且屈曲变形更容易。因此，不不锈钢薄板焊接件表面的初始粗糙度必须严格控制，否则焊接变形能力和临界载荷将受到严重影响。

2 不锈钢薄板焊接过程中对变形的控制及工艺措施

2.1 选择合理的切割技术

在不锈钢薄板切割工作中，有关尺寸者应使用专业的切割技术，有效地减少钢板的变形。在可能的情况下，有关工人不使用手工切割方法，通常必须选择等离子切割方法。通过该技术的有效应用，实际切削工作效率较高，切削后钢板边缘区产生的变形相对较低。如果技术条件允许，可以使用更先进的激光切割技术。切割后，有必要对不锈钢薄板周边区域进行有效抛光，为今后的焊接工作奠定良好的基础。

2.2 保护气体的应用

为了获得更好的焊接接头，焊接过程中采用多层焊接，层之间的温度控制在100 c以下，以减少焊接在脆弱过渡区的停留时间和脆性阶段的沉淀。为了防止焊接过程中焊接氧化，管道的前后侧必须用保护气体保护，以保护焊接罐。元素具有较强的奥氏体性，在保护气体中添加氮可以增加热影响和焊接区域中的奥氏体组织。当N2未添加到保护气体中时，由于焊接过程中冷却过程不平衡，奥氏体变换不完整，在焊接过程中会发生氮化物沉淀。这是因为氮在高温下更容易溶解在铁体内，但在迅速冷却时，尤其是在焊接表面附近，氮会急剧减少。由于氮流失，铁氧体数量增加，氮更容易沉淀。因此，热影响区域和熔接区域的奥氏体阶段比主要材料少得多。将2%N2添加到保护气体中时，少量元素不会渗入焊缝中，由于元素n的压力增大，热影响区和焊缝区提取的氮量显着减少，从而显着增加热影响区的奥氏体含量。

2.3 提高焊件结构的刚度，增大临界失稳应力

减少或消除残馀应力的常用方法可分为三类:热处理、机械变形和振动。热处理方法，包括全局和局部结构构件的热处理。与整体热处理相比，局部热处理在完全消除应力方面效率相对较低，这可能降低残馀应力峰值，但不能完全消除残馀应力。机械变形方法，包括温差拉伸方法、锤头焊接等。将某些拉伸约束应用于焊接结构时，会在焊接附近发生拉伸塑性变形，从而部分补偿焊接及其周围的塑性变形，从而减少拖动应力。锤头焊缝通常使用旋转压缩，该压缩可控制夹紧头撞击焊缝的速度，以减少残馀止裂槽应力。总之，要消除或减少残馀应力，无论采用何种工艺方法，都必须使其适应实际情况，将理论与实践相结合，并选择最实际和最有效的方法。

2.4 钢性强制性固定法焊接

正确使用板金熔接装置或组合装置可完全固定熔接板，然后进行熔接。通过这种处理，只要提高钢板的组合刚度，即可有效降低焊接工作中的不良变形问题，保证装配工作的几何尺寸精度。如果不锈钢板在焊接过程中的焊接时间较长，可以按铁键将不锈钢板放置在焊接的两侧，以有效减少钢焊接的变形。

2.5 焊接过程中变形控制措施

在焊接不锈钢薄板时，应考虑以下几点:第一，加热产生的纵向塑性应力应最小化，包括材料应力和焊接温度应力。焊缝两侧区域的位置通过不同的冷却装置得到有效的固定和处理，并通过均匀预热冷却梯度的方法确保焊缝工作温度的一致性。其次，对于熔接，您必须在冷却作业中尽可能增加纵向塑胶拉伸的变形，包括控制温度差的动态应力和凸缘的纵向应力。

3 结语

简而言之，为了控制不锈钢薄板的焊接变形，通常需要根据多样性和复杂性从提高焊接质量的角度进行加工。为了解决这一技术问题，需要在设计阶段加强对不锈钢薄板焊缝变形的控制，并深入研究其影响因素，以制定控制焊缝变形的适当战略。根据目前国内不锈钢薄板焊缝变形控制和预测方法，大量理论和实践经验表明，不锈钢薄板焊缝变形的技术建设必须逐步解决焊接问题，缩小与国外技术的差距，才能实现脱模。

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