不锈钢薄板焊接变形原因与控制

包东

摘要：不锈钢薄板的焊接在核电站的不锈钢覆面施工中经常遇到，如堆腔换料水池、非能动堆腔注水箱、乏燃料转运舱等，如果在焊接过程中不采取相应的焊接技术和措施就会出现变形或者鼓包等现象，既影响成品质量，又影响美观。本文从不锈钢薄板在焊接变形的控制及措施进行论述，为以后的生产制造提供一些可以参考的文件。

关键字：不锈钢；变形；控制方法；

1焊接变形的产生原因

1.1焊接应力；是焊接构件由于焊接而产生的应力。产生焊接变形的原因是焊接应力，焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形是产生焊接应力和变形的根本原因。不锈钢薄板在焊接过程中容易变形的主要原因是抵抗弯曲能力低，刚性小。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必须考虑的问题。

1.2薄板钢性和拘束度小；不锈钢薄板在焊接时内部应力的影响使焊接件产生变形。从薄板的结构进行分析，主要承受两种负荷:第一种是中面负荷，即:存在于中间的拉力、压力及剪切力，对于中面力在薄板中是分布均匀的。第二种是垂直于中面的力，称之为横向力，横向力是造成薄板弯曲的主要原因。

1.3热切割影响；热切割加工原理中，对于材料的热变形影响是不可避免的，在工业生产应用中，并不是完全杜绝这类变形影响，在数控切割机实际切割过程中，由于对钢板的不均匀的加热和冷却，材料内部应力的作用将使被切割的工件发生不同程度的弯曲或移位----即切割热变形，具体表现是形状扭曲和切割尺寸偏差。由于材料内部应力不可能平衡和完全消除。

1.4焊接方法对变形的影响；焊接方法是造成不锈钢薄板焊接变形的主要因素，直接影响不锈钢薄板焊接质量。

1.4.1 焊条电弧焊。是不锈钢薄板目前应用最广泛的焊接方式，操作比较简单，适应性强。焊接时将电焊条与焊接件接触引燃电弧，然后提起焊条与焊接件保持一定的距离进行焊接。由于不锈钢板对线能量要求比较苛刻，所以焊接使用的焊条直径一般不会超出4mm。焊接变形量的大小和焊条直径、焊接电流、焊接速度的选择有直接的关系，焊条直径越大、电流越大、焊接速度越慢，线能量随之增大，热输入量增加，熔池温度越高，受热面积越大，变形量越大。焊条直径根据板厚来和焊接质量要求来选择，薄板选用细焊条，对于坡口焊缝及角焊缝的根部打的时选用较小直径的焊条。

1.4.2 气体保护电弧焊。简称为气体保护焊，在焊接时保护气体从喷枪喷嘴连续不断的喷出，将空气与焊接区域绝缘，使电机端部、 弧柱区和溶池金属处于保护气体的保护范围内，使焊接过程相对稳定，保证焊接过程的焊接质量。气体保护焊接方法按照电极是否溶 解可分为不熔化极气体保护焊和熔化极气保护焊两种方法。这种焊接方法都是氢弧焊的一种焊接方式，其焊接特点是 :a.保护气体隔绝 可空气中的氧气和氮气等气体对电弧和熔池产生的不良影响，同时减少可合金元素的烧损，使焊接质量得到很大的提高。b. 电弧燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，对于不锈钢薄板热影响区窄，焊件变形倾向小。

1.4.3手工氩弧焊：将氩气作为保护气体的钨极惰性气体保护焊，利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成熔池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术，氩弧焊电弧比较集中，电流密度大，热量集中，熔敷率高，焊接速度热影响区小，故焊接接头变形量小，残余应力也小。

1.5焊接装配程序对不锈钢薄板焊接的影响；在不锈钢薄板焊 接过程中，装配过程过多会使不锈钢薄板产生应力，使焊接件产生 变形。

1.6 焊缝大小的选择对不锈钢薄板焊接质量的影响；在焊接过程中，焊件的局部高温加热和快速冷却都可能在焊缝及附近区域产生热应变和压缩性应变，从而引发薄板的内应力，最终导致薄板纵向挠曲变形和角变形的产生。

2不锈钢薄板焊接过程中对变形的控制及工艺措施

2.1 合理的选择对不锈钢薄板的切割方法；对不锈钢薄板的切割质量是有效的减少焊件变形的前提条件，因此在实际加工过程中，采用等离子或激光切割的方法对不锈钢薄板进行切割，这种切割方式既简单，热输入量小，应用的范围广，切割后的不锈钢薄板变形小，容易焊接。在切割过程采用断续切割的方法，当切割长度达到500mm时间断10mm不割，使得整个工件与整张板有一定的连接部分，起到钢性固定的作用。

2.2 焊接时钢性固定；焊接前采用夹具或者临时支撑固定工件，减小焊接过程中角变形和波浪变形。保证装配的几何尺寸。如果不锈钢薄板的焊缝比较长，可以采用压铁法分别放在焊缝的两边，以减少焊缝的变形。这种方法虽然可以一定程度上减少焊接变形，但是会增加焊接应力。

2.3不锈钢薄板在焊接过程中减小变形的技术措施；在焊接过 程中要注意以下两方面的问题。a.尽量减小加热阶段产生的纵向塑性压变力。纵向塑d性压变力包括:预拉伸力(机械拉伸和预置温度拉伸)、等效降低热输入法(采用的各种冷却夹具焊缝两侧预先沉积的吸热物质等)和降温梯度的均匀预热法。b.尽量增大冷却过程中的 纵向塑性拉应变，其中包括夹具的拘束动态温差拉伸(随焊激冷)和 静态温差拉伸。

2.4采用合理的焊接顺序和焊接方向；调整残余应力分布，先焊收缩量大的焊缝，先焊短焊缝，后焊长焊缝，图1所示，薄板拼接时的焊接顺序，焊缝有较大的自由收缩的空间，有利于减少焊接应力。

图1 合理的焊接顺序

2.5采用热量密度高的焊接方案； 例如采用手工氩弧焊，由于电弧能量集中，可以有效的减少焊接变形，对于要求精密的工件，可以采用真空电子束焊方法方法，

2.6不锈钢薄板特别适合采用强制冷却的方案控制变形；该方法限制和减小焊接时的受热面积，焊缝的背面采用水冷等措施，使焊接区的温度快速下降，不仅可以减少焊接变形还可以增强奥氏体组织的形成，并避免形成粗大晶粒。

3不锈钢薄板变形矫正

矫正的方法包括机械矫正和加热矫正，最科学的方法是采用多点加热的方法不锈钢薄板产生的凸凹变形进行矫正，一般情况下，加热点直径不小于15mm，加热点与加热点之间的距离应该根据薄板的变形量大小来制定，正常的情况下在 50-100mm 范围内。通过采用焊接后消除残余应力热处理法克服钢制焊接构件的变形。研究表明，为了更好的防治不锈钢薄板焊接后回弹变形，稳定构件 的尺寸，通过缝隙试样、板条、板块试样等方式强制焊接后，再对构件进行热处理焊后热处理可以有效的克服薄板焊接的变形。

4结束语

这工程中，控制不锈钢薄板焊接变形的控制是提高焊接质量的最关键的问题，在焊接过程中要对每一个过程都要把好质量关的同时，根据产品的结构形式来选择预防变形的措施，有效的减少变形对产品质量的影响。操作人员还要加强平时的焊接技术的训练，以提高焊接技术水平和焊接经验的积累，使不锈钢薄板的焊接质量得以提高。

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