防止和减小焊接结构变形的工艺措施主要有哪些?

工艺措施是指在焊接构件生产制造过程中所采用的一系列措施,将其分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施.

1 焊前预防措施

焊前预防主要包括预防变形、预拉伸法和刚性固定组装法.

预变性法或称反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向,在待焊工件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量(反变形量),焊后焊接残余变形抵消了预变形量,使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸.

预拉伸法多用于薄板平面构件,焊接时在薄板有预张力或有预先热膨胀量的情况下进行的.焊后,去除预拉伸或加热,薄板恢复初始状态,可有效地降低焊接残余应力,控制焊接变形.预热的作用在于减小温度梯度,不同的预热温度在降低残余应力的作用方面有一定的差别,预热温度在300℃～400℃时,在钢中残余应力水平降低了30%～50%,当预热温度为200℃时,残余应力水平降低了10%～20%.

刚性固定组装法是采用夹具或刚性胎具将被焊构件尽可能地固定,可有效地控制待焊构件的角变形与弯曲变形等.

2 焊接过程控制措施

焊接过程控制主要方法有采用合理的焊接方法和焊接规范参数,选择合理的焊接顺序以及采用随焊两侧加热、随焊碾压、随焊跟踪激冷等措施.选择线能量较低的焊接方法以及合理地控制焊接规范参数可以有效地防止焊接变形.采用随焊两侧加热、随焊碾压、随焊跟踪激冷等措施可以降低残余应力和减小焊接变形.采用随焊两侧加热,横向应变、纵向应变和最大剪切应变的分布更加均匀,变化更加平缓,起到减小焊接残余应力和变形的作用.随焊碾压法由于设备复杂、使用不便等原因,在生产应用中受到一定的限制,但该方法在提高焊接变形等方面具有理想的效果.随焊激冷法能够显著地降低残余应力和减少焊接变形.

焊接顺序对焊接残余应力和变形的产生影响较大,在采用不同的焊接顺序时,可以改变残余应力的分布规律,但对残余应力整体幅值的降低作用不大,同时该方法对于控制焊接变形有较大的作用,尤其在多道焊中,作用更加明显.

3 焊后矫正措施

当构件焊接后,只能通过矫正措施来减小或消除已发生的残余变形.焊后矫正措施主要分为加热矫正法和机械矫正法.加热矫正法又分为整体加热和局部加热.

整体热矫正是指将整体构件加热至锻造温度以上再进行矫正的方法,可用以消除较大的形状偏差.但是焊后整体加热容易引起冶金方面的副作用,限制了该方法的进一步推广及应用.

局部热矫正多采用火焰对焊接构件局部加热,在高温处,材料的热膨胀受到构件本身刚性制约,产生局部压缩塑性变形,冷却后收缩,抵消了焊后部位的伸长变形,达到矫正目的,火焰加热法采用一般的气焊焊炬,不需要专门的设备,方法简便灵活,因此在生产上广为应用.

此外,还有利用机械力或冲击能等进行焊接变形矫正,包括静力加压矫直法、焊缝滚压法、锤击法等.