煤礦機械製造過程中的焊接變形因素及其控製工藝
技術交流
作者：黃國鋒
摘要：焊接是機械產品加工製造過程中的一項重要環節，但在焊接過程中由於難以避免的焊接應力與變形的產生，直接影響著焊接工件的尺寸精度、材質強度、整體穩定性以及其他各項工藝性能。因此，如何有效防範和控製焊接變形產生，最大限度地降低應力產生與變形，從而有效地提高機械設備的製造質量，提升其使用的安全可靠性，成為一個值得思考的話題。
關鍵詞：焊接變形；影響因素；控製工藝
中圖分類號：TG441 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）12-0047-02
1 對焊接應力和變形的釋義
焊接是通過加熱、加壓，或兩者並用，使兩工件產生原子間結合的加工工藝和聯接方式。焊接應用廣泛，既可用於金屬，也可用於非金屬。
在沒有外力的情況下，物體內部存在的應力稱為內應力，內應力在物體內部自相平衡，即物體內部各方向的內應力總和等於零。而焊接應力則是焊接應力是焊接過程中及焊接過程結束後，存在於焊件中的內應力。主要有熱應力、殘餘應力、裝配應力、相變應力等。
焊接變形是在焊接過程中由於焊件不均勻受熱和不均勻溫度場而引起的焊件尺寸的改變。在焊接過程中，不均勻的加熱，使得焊縫及其附近的溫度很高，不受熱的冷金屬部分便阻礙了焊縫及近縫區金屬的膨脹和收縮，這就容易產生變形。特別是在冷卻後，焊縫就產生了不同程度的收縮和內應力，就造成了焊接結構的各種變形，這些變形大致可以分為瞬態焊接應力和變形、殘餘焊接應力和變形兩種類型。在沒有外力作用的條件下，焊接應力在焊件內部是平衡的。焊接變形的主要形式有收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形和錯邊變形等多種形式。
2 對焊接變形帶來的危害分析
焊接變形對機械產品的製造和使用的危害主要體現在以下幾個方麵：
（1）使機械產品承載能力下降。焊後產生的殘餘應力和焊接變形降低了接頭性能，使焊件或部件的尺寸改變，引起局部較大的附加應力，雖然可以采取矯形手段糾正，但矯正的部位會消耗掉一部分材料的塑性，導致承受載荷能力下降，嚴重時甚至會導致脆斷，造成機械設備損壞的惡性事故發生。
（2）使機械產品裝配質量下降。當機械設備的各部件由於焊接變形導致鋼結構內部產生附加應力，在組裝各部件時，產生扭曲、錯位等情況，造成裝配整體變形，使整個構件喪失穩定性，導致設備裝配質量嚴重下降，有時甚至產品報廢。
（3）使機械產品抗腐蝕性下降。焊接是產生大量的熱，使得焊縫接口與周圍環境氣體中的C、O、H、N等氣體產生化學反應，改變接縫材質。矯形後，在強大的外力作用下會導致焊縫的塑性和韌性明顯變差，導致脆性增加極易產生裂紋，從而使焊接接頭的抗腐蝕性隨之下降。
（4）使機械產品製造成本增加。焊接變形使機械部件組裝變得困難，需要經過矯形後方可裝配，而校正要消耗大量的人力和物力，給生產增加許多額外的工序，延長了生產周期，影響了生產效率，增加了機械的製造成本，造成不必要的浪費。
3 對焊接變形產生原因的分析
影響焊接應力與變形的因素很多，焊件的不均勻受熱、焊縫金屬的收縮、金相組織的變化及焊件材質的不同等等。一般歸納總結主要有以下三方麵的因素。
（1）受材料因素的影響。焊接離不開焊絲和焊接母材，這兩種材料的化學成分不同，焊接性也不同。當前在焊接領域，決定強度和可焊性的因素主要是含碳量。碳當量越大，焊接性能越差。
（2）受設計因素的影響。機械產品在設計時，因為需要滿足承重、支撐等能力要求，就必須采用筋板或肋板來提高整個產品的剛性和穩定性。但由於焊接變形的不可控性，采取這樣的設計理念自然就難以避免的增加了焊接變形的幾率。