浅析焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 04 日 作者简介：周俊洁（1992），男，汉族，浙江兰溪人，大学本科，焊工高级技师/一级实习指导教师，研究方向为焊接加工，焊接方法与工艺，焊接结构与生产，班主任管理工作及共青团工作等。-135-浅析焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响研究 周俊洁 金华市技师学，浙江 金华 321016 摘要：摘要：不锈钢作为一种具有优良耐腐蚀性和美观性的材料，在许多领域中都有广泛的应用。然而，在不锈钢焊接过程中，不锈钢焊接过程中常常会出现变形的问题，影响不锈钢焊接变形的产生与多种因素有关。这不仅影响了焊接质量，还可能对产品的性能和使用寿命造成影响。因此，探究焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响，对于提高不锈钢焊接质量和应用范围具有重要的意义。关键词：关键词：焊接工艺；不锈钢焊接；原因分析；影响 中图分类号：中图分类号：TG457 0 引言 焊接是最为普遍且最具实用性的不锈钢加工方式。为了减少不锈钢焊接变形，需要对焊接前、焊接过程和焊接后进行控制，其中包括选择合适的焊接方法、合理设置焊接参数、调整焊接顺序、变形矫正等。同时，还需要不断探索和实践新的工艺和技术，以提高不锈钢焊接质量和减少焊接变形。1 不锈钢焊接概述 不锈钢焊接在工业制造中占据着举足轻重的地位，由于不锈钢具有优异的耐腐蚀性、高强度和良好的成型性，使得焊接不锈钢成为制造各种设备和部件的重要手段。通过焊接，我们可以将不同规格、不同形状的不锈钢材料连接在一起，形成复杂而稳定的结构，这不仅提高了生产效率，而且大大降低了生产成本。不锈钢焊接具有其独特的工艺特点，不锈钢的导热系数较低，这意味着在焊接过程中需要更高的热量输入；不锈钢的熔点较高，使得焊接过程中的温度控制变得尤为重要。此外，不锈钢在高温下容易发生氧化，这可能导致焊接接头的脆化或质量下降。因此，在不锈钢焊接过程中，选择合适的焊接方法、焊材和焊接工艺参数至关重要。不锈钢焊接的应用领域极为广泛，在化工行业，不锈钢焊接广泛应用于制造储罐、管道和反应器等设备，以确保其耐腐蚀性。在食品和医药行业，不锈钢焊接用于制造高质量的容器和设备，以确保产品的卫生和安全。在建筑行业，不锈钢焊接用于制造桥梁、建筑结构和装饰材料等，以提高结构的强度和耐久性。不锈钢焊接还广泛应用于电力、航空航天、汽车制造等领域。随着科技的不断发展，不锈钢焊接技术也在不断创新和进步。新型焊接设备的出现和应用，如激光焊接、等离子弧焊接等，为不锈钢焊接提供了更高效、更精确的方法。同时，随着环保意识的日益增强，绿色焊接技术也逐渐受到重视。绿色焊接技术旨在减少焊接过程中的环境污染，提高资源利用效率，是未来不锈钢焊接发展的重要方向。2 不锈钢焊接变形产生的原因分析 2.1 焊接方法 不锈钢的焊接变形与焊接方法密切相关，不同的焊接方法会对焊缝周围产生不同的温度场和应力场，进而影响焊接变形的程度。例如，采用埋弧焊、钨极氩弧焊等焊接方法时，由于热量集中、热影响区小，焊接变形相对较小。而采用焊条电弧焊、气体保护焊等焊接方法时，由于热量分散、热影响区较大，焊接变形相对较大。2.2 焊接参数 焊接参数也是影响不锈钢焊接变形的重要因素，焊接电流、电弧电压、焊接速度等参数的选择都会对焊接温度场和应力场产生影响，进而影响焊接变形。如果焊接参数选择不当，可能会导致局部过热、冷却速度过快等问题，从而增加焊接变形的风险。2.3 焊前加工 在不锈钢焊接前，如果工件未经适当的加工或处理，也可能导致焊接变形。例如，工件表面的油污、中国科技期刊数据库 工业 A-136-锈迹等杂质未清除干净，或者焊缝坡口角度、钝边等参数设置不当，都可能影响焊接质量和变形程度。2.4 焊接顺序和方向 不锈钢焊接时，焊接顺序和方向也会影响焊接变形。如果焊接顺序不当或方向不一致，可能会导致焊缝收缩不均匀，进一步导致工件变形。合理的焊接顺序和方向能够有效地减少焊接变形。2.5 环境温度和工件温度 环境温度和工件温度对不锈钢焊接变形也有一定影响，在低温环境下进行焊接，由于金属的收缩量增大，容易产生焊接变形。同时，如果工件温度过低，也可能导致焊缝冷却速度过快，进一步增加焊接变形的风险。因此，在不锈钢焊接过程中，需要注意环境温度和工件温度的控制。2.6 焊后处理 焊后处理也是影响不锈钢焊接变形的重要因素，如果焊后处理不当，可能会导致焊缝金属的应力状态发生变化，进一步导致工件变形。例如，焊后冷却速度过快、焊后热处理不当等都可能引起焊接变形。因此，在不锈钢焊接过程中，需要注意焊后处理的方式和条件。3 防止不锈钢焊接变形的焊接工艺控制措施 3.1 焊接前控制 3.1.1 选择适合的焊接方法 在不锈钢的焊接过程中，埋弧焊和钨极氩弧焊是两种常见的焊接方法。埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，由于其具有焊接效率高、质量稳定等优点，被广泛应用于不锈钢焊接中。焊接时，要清理焊接区域，去除油污、锈迹等杂质，根据焊接材料和厚度选择合适的焊丝和焊剂，再检查电源、焊机、焊剂等设备是否正常；将需要焊接的不锈钢板装配在一起，确保对齐和定位准确，对于较厚的不锈钢板，需要进行预热处理，以防止焊接过程中产生裂纹；启动电源，调整焊机至合适的电流和电压，然后将焊丝接触焊接起点，在接触点施加压力，使焊丝与母材短路，此时焊机自动送丝，形成焊接电弧；在电弧作用下，焊丝熔化并与母材熔合在一起，通过控制电弧长度和移动速度，可以调节焊接速度和熔深，同时，要保持焊剂的覆盖，以保护焊接区域不受空气影响；当焊接完成时，要逐渐减小电流，使电弧慢慢熄灭，然后将焊丝提起，移开焊接工件，完成焊接。钨极氩弧焊是一种使用氩气作为保护气体的焊接方法，由于其能够有效地保护焊接区域，防止氧化和污染，还能防止不锈钢焊接变形，因此特别适合于不锈钢的焊接。焊接时，要检查氩气瓶是否充足，并确保氩气流量计、减压阀等设备正常工作，根据不锈钢材料和厚度选择合适的钨极和焊接参数；将需要焊接的不锈钢板装配在一起，确保对齐和定位准确。对于较厚的不锈钢板，需要进行预热处理；启动电源，将钨极接触焊接起点，然后启动氩气，当氩气形成稳定的气流时，提高电流并接触母材，形成电弧；在氩气的保护下，通过控制电流、电压和移动速度，使焊丝熔化并与母材熔合在一起，同时要注意观察熔池颜色和焊缝成形情况，及时调整焊接参数；当焊接完成时，要逐渐减小电流，同时关闭氩气，然后将焊丝提起，移开焊接工件，完成焊接。在实际操作中，应根据不锈钢的材料、厚度以及工作环境等因素选择合适的焊接方法，通过遵循正确的操作步骤和注意事项，可以获得高质量的焊接效果。3.1.2 合理选择焊接参数 不锈钢焊接是一项技术性极强的工作，其中焊接参数的选择对于防止不锈钢焊接变形至关重要。焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素，并对焊接速度和焊条熔化速度产生影响。在焊接过程中，电流过小会导致焊接未熔合，而电流过大则可能导致母材过热，增加焊接变形。因此，选择合适的焊接电流是防止不锈钢焊接变形的关键。一般来说，不锈钢的导热系数较低，因此焊接电流应适当加大，以保证足够的热输入。但同时，也要考虑到不锈钢的膨胀系数较大，过大的电流会导致焊缝冷却后产生较大的变形。因此，在选择焊接电流时，应根据母材的厚度、焊条的直径、焊接位置等因素进行综合考虑，并进行实际焊接试验，以确定最佳的焊接电流。电弧电压是影响焊缝宽度和表面平整度的主要因素，在焊接过程中，电弧电压过高会导致焊缝宽度过大，过低则可能导致焊缝表面不平整。一般来说，电弧电压应与焊接电流相匹配，以保证稳定的焊接过程。在选择电弧电压时，应根据焊条的直径、焊接位置、焊缝的坡口形式等因素进行综合考虑。同时，要注意保持电弧的稳定，避免因电弧不稳定导致焊缝质量下降，从而增加焊接变形。焊接中国科技期刊数据库 工业 A-137-速度是影响焊缝深度和宽度的重要因素，在保证熔透和焊缝质量的前提下，适当提高焊接速度可以有效减少热输入，从而减少焊接变形。但是，如果焊接速度过快，可能会导致母材熔合不良或焊缝未熔合，从而影响焊缝质量。在选择焊接速度时，应根据母材的厚度、焊条的直径、焊接位置等因素进行综合考虑，并进行实际焊接试验，以确定最佳的焊接速度。此外，为了防止不锈钢焊接变形，还需注意以下几点：对于较厚的不锈钢板材，预热和层间温度控制可以有效减少焊接过程中的热量梯度，从而减少焊接变形；在焊接前对工件进行适当的反变形处理，以抵消焊缝冷却过程中的变形；通过增加工件的刚性约束，减少其自由膨胀的空间，从而减少焊接变形；采用多层多道焊可以有效减小单道焊缝的热量输入，从而减少焊接变形；合理的焊接顺序可以有效分散焊接过程中的热量输入，从而减少焊接变形；适当的后热处理可以有效消除残余应力，从而减少焊接变形。3.2 焊接过程控制 对焊接过程进行严格控制，要对规范的焊接参数及相关方法进行合理应用，并正确按照焊接的具体顺序，对如下方法进行合理运用：一，随焊碾压。随焊碾压是一种在焊接过程中对焊缝进行即时压延处理的技术，通过随焊碾压，可以有效地减小焊接过程中的热影响区宽度，提高焊缝的致密度，从而提高焊接接头的力学性能和耐腐蚀性。在实际操作中，随焊碾压需要选择合适的碾压轮和碾压参数，如压力、速度和碾压轮的材料等，这些参数的选择将直接影响焊接接头的质量。因此，对操作人员的技能要求较高，需要进行专业培训和严格的操作规程制定。二、随焊跟踪激冷。随焊跟踪激冷是一种在焊接过程中对焊缝进行即时冷却处理的技术，通过随焊跟踪激冷，可以有效地减小焊接过程中的热影响区宽度，提高焊缝的力学性能和耐腐蚀性。此外，通过随焊跟踪激冷还可以控制焊接变形，提高焊接效率。在实际操作中，随焊跟踪激冷需要选择合适的冷却方式和冷却参数，如冷却水的温度、流量和压力等，这些参数的选择同样需要经过严格的试验和优化，以确保获得最佳的焊接效果。三、随焊两侧加热。随焊两侧加热是一种在焊接过程中对焊缝两侧进行加热处理的技术，通过随焊两侧加热，可以有效地提高焊接接头的熔合质量，减小焊接缺陷的产生。同时，随焊两侧加热还可以控制焊接变形，提高焊接效率。在实际操作中，随焊两侧加热需要选择合适的加热方式和加热参数，如加热温度、加热时间和加热方式等，这些参数的选择同样需要进行严格的试验和优化，以确保获得最佳的焊接效果。通过随焊碾压、随焊跟踪激冷和随焊两侧加热三种技术的应用，可以有效地控制不锈钢的焊接过程，提高焊接接头的质量。然而，这些技术的实际应用还需要操作人员的专业技能和严格的工艺参数控制。3.3 焊接后控制 不锈钢焊接后，由于焊接过程中热量的输入和冷却的过程，往往会导致焊缝及其附近区域产生变形，这种变形不仅影响外观，还可能影响结构的性能和安全性。因此，需要对不锈钢焊接后的变形进行矫正。矫正不锈钢焊接变形的方法有多种，包括机械矫正、火焰矫正和综合矫正。机械矫正法利用外力使材料产生弹塑性变形，以抵消原有的变形。对于不锈钢薄板，可以使用矫直机进行矫直，而对于较厚的不锈钢，可以使用压力机或千斤顶进行矫直。机械矫正是快速有效的，但它不适用于所有类型的变形，对于一些复杂的局部变形可能效果不佳。火焰矫正是利用火焰加热变形区域，使其产生新的变形以抵消原有的变形。火焰矫正主要适用于低碳钢和某些普通低合金钢，对于不锈钢，由于其热处理敏感性和高温强度，需要特别小心。火焰矫正的关键是选择合适的加热位置和加热温度，通常需要在焊接技师的指导下进行。综合矫正是结合机械和火焰矫正的方法，根据具体情况选择合适的方法和顺序。对于某些复杂的不锈钢结构，可能需要先进行机械矫正，再进行火焰矫正，或者反之。在矫正过程中，还需要注意以下几点：不锈钢的种类和规格不同，其热处理敏感性和高温强度也不同，因此，在矫正过程中需要充分了解材料的性质，选择合适的矫正方法和参数；对于不锈钢，过度的热输入可能导致材料性能下降，因此需要控制加热的温度和时间，同时，为了避免局部过热和应力集中，应尽可能地均匀加热整个变形区域；在矫正过程中，应避免对结构造成新的损伤或引入过大的应力，如果可能的话，应在矫正过程中监测结构的应力状态，以确保安全；矫正过程应进行连续监控，以便及时发现问题并进行调整，对于一些关键部位或重要结构，建议采用无损中国科技期刊数据库 工业 A-138-检测技术进行检查，以确保其完整性；矫正后的不锈钢结构应进行适当的维护和保养，以保持其形状和性能，这包括防止外部载荷、温度变化等因素引起的二次变形。4 总结 综上所述，焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响是多方面的，为了减小不锈钢的焊接变形，需要做好焊接前控制、焊接过程控制和焊接后控制的工作。未来，可以通过优化焊接工艺参数和提高装配精度等手段，进一步减小不锈钢的焊接变形，提高其应用范围和性能。参考文献 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