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焊接变形的产生和防止

焊接变形的产生和防止

手工电弧焊接过程中的变形成因及对策

在工业生产中，焊接作业特别是手工电弧焊作业作为制造、修理

的一种重要的工艺方法得到越来越广泛的运用。同时，由于手工电弧

焊自身的焊接特点必然引起其焊接变形较大，如不对其变形的原因进

行分析并针对其成因提出有效的对策，必将给生产带来极大的危害。

一、手工电弧焊接过程中的变形成因

我们知道，手工电弧焊接过程中的焊接电弧由在两个电极之间的

气体介质中产生持久的放电现象所产生的。

电弧的产生是先将两电极相互接触而形成短路，由于接触电阻和

短路电流产生电流热效应的结果，使两电极间的接触点达到白热状态，

然后将两电极拉开，两电极间的空气间隙强烈地受热，空气热作用后

形成电离化；与此同时，阴极上有高速度的电子飞出，撞击空气中的

分子和原子，将其中的电子撞击出来，产生了离子和自由电子。在电

场的作用下，阳离子向阴极碰撞；阴离子和自由电子向阳极碰撞。这

样碰撞的结果，在两电极间产生了高热，并且放射强光。

电弧是由阴极区（位于阴极）、弧柱（其长度差不多等于电弧长

度）和阳极区（位于阳极）三部分所组成。阴极区和阳极区的温度，

主要取决于电极的材料。一般地，随电极材料而异，阴极区的温度大

约为2400K—3500K，而阳极区大约为2600K—4200K，中间弧柱部

分的温度最高，约为5000K—8000K。

焊接接头包括焊缝和热影响区两部分金属。焊缝金属是由熔池中

的液态金属迅速冷却、凝固结晶而成，其中心点温度可达2500℃以上。

靠近焊缝的基本金属在电弧的高温作用下，内部组织发生变化，这一

区域称为热影响区。焊缝处的温度很高，而稍稍向外则温度迅速下降，

热影响区主要由不完全熔化区、过热区、正火区、不完全正火区、再

结晶区和蓝脆区等段组成，热影响区的宽度在8—30mm范围内，其

温度从底到高大约在500℃--1500℃之间。

金属结构内部由于焊接时不均匀的加热和冷却产生的内应力叫焊

接应力。由于焊接应力造成的变形叫焊接变形。

在焊接过程中，不均匀的加热，使得焊缝及其附近的温度很高，

而远处大部分金属不受热，其温度还是室内温度。这样，不受热的冷

金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀和收缩；因而，冷却后，

焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），就造成了焊

接结构的各种变形。金属内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化

也可能引起焊件的变形。这是产生焊接应力与变形的根本原因。

二、焊件的残余变形和应力的危害性

在焊接过程中焊件将发生变形，随着变形的产生，焊件内的应力

状态也发生了变化，而焊完并冷却后所留下的变形和应力不是暂时的

而是残余的。通常焊件的残余变形和应力是同时存在的，但在一般焊

接结构中残余变形的危害性比残余应力大得多，它使焊件或部件的尺

寸改变而无法组装，使整个构件丧失稳定而不能承受载荷，使产品质

量大大下降，而校正却要消耗大量的精力和物力，有时导致产品报废。

同时焊接裂缝的产生往往也和焊接残余变形和应

力有着密切的关系。有的金属由于焊后产生了残余应力而使的使

用性能大为下降，从而对这类金属的焊接件生产造成工艺上的大量困

难。因此，在制造焊接结构时，必须充分了解焊接时内应力发生的机

理和焊后决定工件变形的基本规律，以控制和减少它的危害性。

三、影响焊接结构变形的主要因素及变形的种类

（一）、影响焊接结构变形的主要因素有：

1.焊缝在结构中的位置；

2.结构刚性的大小；

3.装配和焊接顺序；

4.焊接规范的选择。

（二）、焊接变形的种类有：

1.纵向收缩和横向收缩；

在焊缝长度方向上的收缩称纵向收缩，而在垂直于焊缝纵向的收

缩称横向收缩。由于这种收缩，便使焊件发生了变形。

2.角变形；

3.弯曲变形；

4.波浪变形；

5.扭曲变形。

（三）、从焊接工艺上分析，影响焊缝收缩量的因素有：

用手工电弧焊焊接长焊缝时，一般采用焊前沿焊缝进行点固焊。

这不仅有利于减小焊接变形，也有利于减小焊接内应力。

备料情况和装配质量对焊接变形也会产生影响。

焊接工艺中影响焊缝收缩量的因素有：

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