中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266000
摘要：在我国工业领域中，碳钢的应用已经愈发普遍，而工业加工中焊接工艺的应用也很常见，所以碳钢焊接已经成为了我国工业制造中十分重要的环节。碳钢在焊接的过程中，焊接工艺的使用会对焊接质量带来直接影响，在焊接时很多要素都会影响到焊接的质量，引发碳钢焊接变形。本文针对碳钢焊接变形的预防措施开展探讨。
关键词：碳钢；焊接变形；预防措施
引言
碳钢焊接进程当中有变形问题发生是难以避免的，因此这就会对碳钢构件还有运用性能带来负面作用。
1、碳钢焊接中相关概述
碳钢加工技术对于工业来说，是生产行业当中极其关键的加工措施。在碳钢的加工工作当中碳钢焊接占据着极其重要的位置。因为碳钢焊接是比较少的，加之该技术能够适用于相对较为恶劣的焊接条件，因此业内相关人员在焊接技术方面投入大量成本，运用至工业的加工以及生产当中。碳钢的焊接工作关键是对于局部部件经过冷却以及加热，来使其将相关焊接工作完成。需注意到，只要碳钢的部件在加热进程当中不能保证得到均匀的受热，这个时候就需实施有效合理处理措施，在结构和材料这两方面，预防不均匀的膨胀情况发生。对于出现的不均匀膨胀问题，关键是变形应力带来的影响，涉及纵向的收缩变形、横向的收缩变形、波浪变形、弯曲变形等多种，需业内相关人士予以充足的关注。
2、焊接工艺对碳钢焊接变形的影响
2.1焊接方法
当前，焊接工艺具有多种焊接方法，常用的包括焊条电弧焊、埋弧焊等。在碳钢焊接中，各类焊接方法会对其焊接变形产生各不相同的影响。有的焊接方法会造成碳钢构件产生局部过热，等到焊缝冷却，碳钢构件即产生焊接变形。例如，通过焊条电弧焊对碳钢进行焊接，即可能导致横向收缩变形。要深入考察碳钢构件的具体结构和各项功能需求，有针对性地选择焊接方法，确保其适用于碳钢构件，避免引发焊接变形。同时，对碳钢构件进行焊接，若其内部发生应力变化，将造成焊接变形。对此，要针对碳钢构件合理选择焊接方法，对应力变化进行有效消除。
2.2焊接顺序
焊接顺序会严重影响碳钢相应的焊接变形。在碳钢焊接过程中，焊接顺序不仅会对残余应力分布造成影响，还会影响应力状态。若对焊接顺序进行改变，将在较大程度上改变残余应力分布，并改变应力状态。若采用不合理的焊接顺序，将引发焊接变形。通常，对碳钢进行焊接，要对可能引发焊接变形的相应焊缝进行优先焊接，对于较长焊缝，要实施合理的分段焊接。要基于碳钢焊接的实际情况，对焊缝顺序进行合理确定。对大型碳钢相关构件进行焊接，可能将固有的焊接顺序打破，在对焊接顺序进行确定时，要对焊接变形进行充分考虑。
2.3构件定位与固定
对碳钢进行焊接，其构件定位以及构件固定均会对焊接变形造成影响。在焊接工序中，定位环节占据着重要地位，其次则是固定环节。若这两个环节产生了各项偏差，例如，未能严格遵循相关工艺方案和具体操作规程，对碳钢构件进行夹紧时，可能导致构件承受不均匀受力，外力因素对焊接造成影响，即引发焊接变形。另外，碳钢构件在焊接过程中存在定位偏差，焊接完成后，将影响碳钢构件的使用性能。焊接操作人员的技术水平、实践经验以及操作规范性等因素均会对构件定位与固定造成不良影响。
2.4焊接参数
在碳钢焊接过程中，影响焊接变形的焊接参数主要包括焊接电流以及焊接电弧、电压等。以电弧焊为例，电弧形成于两极电路，中间空气受到迅速加热，出现升温，受空气热作用影响，将出现电离化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在上述机理下，焊接电流的实际大小对焊接温度具有直接影响，阴极区实际温度通常保持在2500℃到3500℃范围之内，中间弧柱具有最高温度，可超出5000℃，焊缝中心点通常保持大于2500℃的温度[5]。对碳钢构件进行焊接，对于越大构件，越要选用较大的焊接电流。为对构件局部的不均匀受热进行有效控制，要对焊接电流实施严格控制，过小的焊接电流会对焊接质量造成不良影响，过大的焊接电流则会引发焊接变形。
3、针对碳钢焊接变形的有效防控措施
3.1采用多元方法强化焊前控制
其一是预防变形法，在正式开展焊接作业前应针对碳钢构件的尺寸规格、具体形状、使用需求等信息做好调研，采用精细化检测手段进行碳钢构件质量的测量与评估，针对有可能出现的焊接变形结果进行全面预测，以此为依据进行构件焊接方向、焊接工艺合理调整，降低焊后变形的几率。其二是预拉伸法，在焊接前将碳钢构件进行充分预热，使其内部包含的残余应力得到有效消除，通常在200-400℃的预热温度下可使构件的残余应力降低50-90%，以此收获显著成效。其三是刚性固定组装法，选取夹具进行焊件的全方位固定，防止其在焊接过程中产生移动，待焊后冷却后移除夹具，降低焊件的焊接变形程度，在此过程中需要进行组焊夹具的合理选择，防止因夹具过紧使构件受损。
3.2依照焊接顺序实施过程控制
其一是执行随焊碾压，保障在焊接的过程中进行及时碾压，以此改善构件焊接变形程度，然而由于该工艺涉及到较为复杂的设备，因此在实际作业环节应用频次较低；其二是执行随焊跟踪激冷，借此消除碳钢构件中的残余应力，使构件变形程度、变形几率得到显著下降；其三是执行随焊两侧加热，在此过程中实现横向、纵向、剪切应变的均匀分布，稳定应变力的变化趋势，以此抵消焊接过程中出现的残余应力。整体看来不同焊接工艺所对应的线能量存在明显差别，应侧重于选取低线能量的焊接工艺，并强化焊接参数的控制，用以缩减塑性压缩区面积，降低产生焊接变形的几率。同时，还应当结合焊接部件、组件类型合理选取阻焊、部分焊接等方法，以此提高整体组件精度，优化焊接效果。
3.3针对焊接变形进行及时矫正
在完成焊接作业后倘若发现构件存在焊接变形问题，还需采取一定工艺进行矫正。例如倘若在碳钢构件的局部产生热变形，则应针对变形区域进行加热处理，借助压缩性塑性变形抵消热变形，实现有效矫正。同时还可以采用整体加热法，待构件温度到达一定数值后进行整体构件的再锻造，然而该方法对于大型碳钢构件则不具有良好的适用性，还需配合火焰加热法进行改进，并强化焊前、焊中控制，最大限度降低焊接变形程度。
3.4借助可控方法消除残余应力
由于残余应力是引发焊接变形的根源性诱因，对此可以借助退火消除焊接变形法进行处理。具体来说，需采用夹具夹持待焊碳钢构件与刚性体，结合事先预测的焊接变形问题针对待焊构件进行点焊，进而依次进行构件焊接，此时虽然能够借助反向力的约束作用抵抗焊接变形问题，但仍无法有效消除残余应力。在此还应将构件放入退火炉中进行垫平加热与保温处理，待退火炉冷却至室温后即可消除构件的残余应力，待约束解除后确保不会产生焊接变形现象。
结束语
伴随着工业的持续发展进步，碳钢的使用日益普及。谈及碳钢的加工少不了焊接技术。焊接进程当中产生了大量的热量，这导致碳钢的构件于散热的时候有可能发生变形。现在中国焊接作业，不管是技术方面还是装置方面均比不上国外，构件的变形问题是比较多的，不但会对于构件外向带来作用，而且会对性能方面造成影响。为避免这类问题出现，需要将变形原因找出来，然后才可以采取最为合理的措施。
参考文献：
[1]王斌，王雨轩.焊接工艺对碳钢焊接变形的影响［J］.科技创新导报，2017，14（24）：28-29
[2]侯志伟，李倩云．焊接工艺对碳钢焊接变形的影响分析［J］．内燃机与配件，2018(22):86-87．
[3]王斌，王雨轩．焊接工艺对碳钢焊接变形的影响［J］．科技创新导报，2017，14(24):28-29．
论文作者: 张晓栋
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第25期
论文发表时间:2019/8/2
标签：构件论文; 碳钢论文; 应力论文; 残余论文; 会对论文; 过程中论文; 顺序论文; 《建筑模拟》2019年第25期论文;