摘要：在生产金属结构件时，通常采用焊接技术对零部件进行固定，然后在进行生产加工，但在焊接过程中，往往会因为许多因素导致焊接变形，对生产造成一定的影响。为此，金属结构焊接变形的控制和矫正途径就显得十分重要。本文基于焊接残余应力火焰矫正工艺研究展开论述。
关键词：焊接残余应力；火焰矫正；工艺研究
引言
火焰修正方法，该方法有以下限制:1)加热时间长，工作依赖的工作人员经验，限制相关生产过程的效率和自动化程度；2)气体流动的稳定性、与氧气的比率、环境温度湿度等会影响热校正效果，因此很难建立综合考虑很多影响因素的数学模型；3)热效率低，噪音污染，环境友好。(4)钣金件的边缘部分加工容易发生燃烧或低烧，严重影响加工质量。
1焊接变形原因分析
压力容器需要良好的密封性，能承受一定的压力。这对焊接工艺提出了较高的要求。但是，由于焊接过程中的热量不均匀，母材很可能出现焊接变形问题。对于压力容器，导致焊接变形的常见因素包括:一个是法兰的变形。法兰是压力容器的典型部分。在法兰焊接过程中，由于法兰直径、焊道长度等的影响，焊接方法通常需要很长的焊接时间。间隙长时，焊缝熔合区域和焊缝等处的热量不均匀，容易出现焊缝变形问题。第二种是床单的变形。薄板焊接变形也是压力容器焊接中常见的问题之一。板材变形通常可以分为整体变形和局部变形。局部变形主要受角度变形和波变形等方面的剪切区域、焊接工艺、焊接材料和焊接数的影响。整体变形主要表现在结构比例或大小变化容易的压力方面。对于薄板变形，材料的物理性质(例如热扩散率和热膨胀系数)对熔接变形有重要影响。
2火焰矫正工艺分析
（1）材料产生塑性变形的力学条件为材料所受的力超过其屈服强度，为实现火焰矫正的目的，必须使已产生变形构件的局部内部热应力大于其屈服强度。大多数韧性材料在单向压缩时，其σ-ε曲线与单向拉伸时具有相同的弹性模量和屈服应力，抗拉强度500MPa钢的屈服强度随着温度的升高而降低，温度达到700℃时，屈服强度已不足100MPa，降低量明显。而同时根据温度应力公式可知，当局部温度提高，构件整体的温差变大时，构件内部的热应力增大。因此温度升高，在增大内应力的同时，会降低材料的屈服强度，所以火焰矫正中，加热温度越高，变形量会越大，对变形构件而言即为矫正量越大。
（2）材料不应出现不利的相变，火焰矫正中加热的最高温度应足够高以实现好的矫正效果，同时，为保证材料的组织不发生改变，加热的最高温度应严格限制在材料的下临界点温度以下，为确保这一点，负责加热的工作人员需配备温度监控器具。对于材料的热矫正，加热速度越高，材料受热的不均匀程度越高，从而变形量越大。为保证合理的加热速度，一般加热区域超过30mm的需增加热源数量。在实际建造中，焊接残余变形导致的构件出现的变形多种多样，加热区的形状必须根据构件的变形进行确认。火焰矫正是通过使构件产生与原变形方向相反的收缩变形，来抵消原变形，实现构件尺寸的矫正，所以火焰矫正中加热位置（亦即变形位置）的选取应充分考虑焊接残余变形的几何特点，确保变形间的抵消效果。并配合加热区的不同形状，达到期望的矫正效果。另外，虽然冷却速度越快，矫正效果越好，但由于过快的冷却速度可能会导致产生额外的热应力或不利组织，所以，某些材料火焰矫正中的冷却速度需进行限制，一般通过规定冷却介质来进行规定。
3波浪变形控制
波浪变形也称为失稳变形。在焊接内应力的压应力作用下，薄板可能失稳，产生波浪变形。压应力越大，薄板的宽度与厚度比越大，就越容易产生波浪变形。由于钢箱梁顶板板厚较薄，一般在10~16mm范围内，在焊接时由于顶底板上纵向加劲肋限制的同时需要与隔板焊接连接，隔板与顶底板连接焊缝的横向收缩与纵向收缩对薄板的作用力超过其弹性变形极限时，在边缘就会出现波浪式变形。（1）刚性固定法。针对顶底板等薄板焊接，采用夹具或工装固定住焊接板边，强制固定，从而达到避免波浪变形目的。待焊缝缓冷至室温24h之后，再撤除刚性固定工装。对于约束度较大的焊缝，为减小其焊接残余应力，可适度采用超声波锤击等方式[5]。超声锤击前，清除焊趾熔渣、焊接飞溅的杂物，将锤击范围内的焊瘤、飞溅及不顺直的焊缝打磨干净平顺。（2）制定合理的焊接顺序。遵循“先长后短，先主后次”的原则，即先施焊长焊缝，再焊接短焊缝，先焊接主焊缝，再焊接次焊缝。（3）焊接过程中作用于焊接区域的热量是引起焊接变形的直接原因。做好焊前、焊时、焊后的热输入控制，有利于减小焊接变形。进行焊前预热作业，尤其当环境温度低于5℃或环境湿度大于80%时，必须严格按照要求对焊接区域进行预热，在降低焊接裂纹敏感性的同时也能均衡热影响区与焊缝区的冷却速度，平衡焊接应力、减小焊接变形。焊接过程中，严格按照指定的焊接工艺参数执行，控制焊接线能量，采用多层多道施焊，并控制焊道焊层间温度，避免大线能量输入造成过大的焊后变形。针对有特殊要求的中厚板焊接过程，焊后可采用石棉垫等保温材料覆盖焊缝及热影响区，进行保温缓冷处理，使焊接应力缓慢释放，减小焊接变形以及焊接残余应力。
4矫正金属结构焊接变形的有效措施
(1)金属结构焊接变形的外力修正。校正金属焊接变形时，可以使用外部作用力进行修改。详细地说，就是将物理外力应用于金属结构的变形部分，拉伸其金属结构，使变形部分返回变形前的状态，以补偿金属结构的焊接变形。通常，对于相对较小的金属零部件，可以使用锤子等工具敲打变形部，使焊缝扩大，从而校正金属结构。大型金属部件由于重量和体积大，一般用吨位较大的压力机校准。但是，外力修正比较简单，但会影响金属疲劳和金属的强度，因此外力修正仅限于延展性高、塑性高的金属材料。(2)金属结构焊接变形的加热修正。除了外力校准的方式外，还可以用二次加热方式校准金属结构的焊接变形。金属结构出现在焊接变形中的主要原因是焊接中金属结构没有均匀加热热量。因此，通过金属结构的二次加热，可以提高变形部分的塑性，进行焊接部分的校准。但是通过二次加热方式校正金属结构的焊接变形时，要根据金属结构的类型参数调节和调节温度。同一金属在不同的温度下发生不同形式的变化，如果不能调节温度，第二次加热后金属结构就容易破碎。
结束语
焊接是工业领域应用最广泛的材料连接技术，在船舶和海洋平台等大型结构的建设过程中，占总工作时间的30-40%。焊接金属是在熔化焊接时加热到材料熔点以上的高温，焊接热输入对整个焊接件不太均匀，加热引起的热变形和组织变形受焊接件自身刚度的限制，因此焊接变形是焊接过程中最严重的问题之一，严重影响了施工精度。使用固定约束、防止变形、优化焊接顺序等方法减少了焊接变形，但补偿焊接变形仍然是构建大规模焊接结构时确保精度的必要措施。
参考文献
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