減少鑄鐵砝碼焊接缺陷的有效措施

一、減小焊接殘余變形的措施

（一）基本類型

1.縱向收縮變形：構件焊后在平行焊縫的方向上尺寸縮短。

2.橫向收縮變形：構件焊后在垂直焊縫的方向上尺寸縮短。

3.彎曲變形：由于焊縫的布置偏離焊件的形心軸。

4.角變形：焊后構件的平面圍繞焊縫產生的角位移。

5.波浪變形：焊后構件呈波浪形，在焊薄板中出現。

6.錯邊變形：兩焊接熱膨脹不一致，所引起的長度或厚度方向上的錯邊。

（二）設計措施

1.合理選擇焊件尺寸

焊件的長度、寬度和厚度等尺寸對焊接變形有明顯的影響。例如，板的厚度對于角焊縫的角變形影響較大，當厚度達到某一數值（鋼約9mm）時角變形最大。在制造T形或工形焊接梁時，由于焊件細長，以致于焊接區收縮變形引起焊件彎曲變形是一個突出問題。解決這一問題的最好辦法就是要精心設計結構尺寸參數（如板厚、板寬、板長和肋板間距等）和焊接參數（如單位線能量等）。

2.合理選擇焊縫尺寸和坡口形式

焊縫尺寸的大小，不僅關系到焊接工作量，而且還對焊接變形產生較大的影響。焊縫尺寸大，焊接量也大，填充金屬消耗量多，造成焊接變形大。因此在設計焊縫尺寸時，在保證結構承載能力的條件下，應采用較小的焊縫尺寸。

片面加大焊縫尺寸對減小焊接變形極其不利。所以對并不承受很大工作應力的焊縫，不必采用大尺寸焊角，只要能滿足其強度要求就好。

另外，還要合理設計坡口型式。例如對接接頭要采用角變形為零的最佳X形坡口尺寸。對于受力較大的T形接頭和十字接頭，在保證相同強度的條件下，采用開坡口的焊縫比不開坡口焊縫動載強度高，焊縫金屬量少，而且對減小焊接變形也是有利的，尤其對厚板而言，更有意義。

3.盡量減少不必要的焊縫

在焊接結構設計中，應該力求使焊縫數量減至最少。一般在設計中常采用加肋板來提高結構的穩定性和剛度，特別是有時為減輕主體結構重量而采用較薄板，勢必增加肋板數量，從而大大增加裝配和焊接的工作量，其結果是不但不經濟，而且焊縫致使焊接變形過大。所以實踐證明合理選擇板厚，適當減少肋板，使焊縫減少，即使結構可能稍重，還是比較經濟的。

4.合理安排焊縫位置

為避免焊接結構彎曲變形，在結構設計中，應力求使焊縫位置對稱于焊接構件的中性軸或接近于中性軸。因為焊縫對稱于中性軸，有可能使中性軸兩側焊縫軸產生的彎曲變形抵消或大部分抵消。因為焊縫接近中性軸，使焊縫收縮引起的彎曲力矩減小，從而使構件彎曲變形也減小。所以在焊接結構時應力求使結構對稱。對于一些截面形狀無法改變的非對稱結構件，可在保持截面形狀不變的情況下，采用調整焊縫重心軸與中性軸距離的方法減小變形。

（三）工藝措施

1.反變形法

焊接前裝配時根據經驗預估變形的大小，給構件一個與焊接變形方向相反的變形，以此與焊接變形相抵消，使結構在焊接后能達到技術要求。反變形有兩種方法：①塑性反變形；②彈性反變形。在實際生產中，彈性反變形比塑性反變形更可靠些。因為即使彈性反變形的預應變量不夠準確，也總是可以減小角變形。若采用塑性反變形，所選取的塑性預彎量必須非常精確，否則得不到良好的效果。

2.在外拘束條件下焊接

將焊件剛性固定在夾具中，以限制構件在焊接過程中產生變形。對減小焊件的角變形有很好的效果，可使焊接變形減少，但焊接應力較高。

3.合理選擇焊接方法和焊接規范

為減小焊接變形，應盡可能采用高能量密度的焊接方法，如電子束焊、激光焊接、窄間隙焊接等。它們有較低的焊接線能量，焊接變形極小。在一般生產中，CO₂氣體保護焊來取代手工電弧焊，不但效率高，而且還能明顯地減小焊接變形。焊接薄板時，可采用鎢極脈沖氬弧焊或電阻焊、縫焊，都可防止壓曲變形。

如果在生產中沒有條件采用低線能量的方法，又不降低焊接規范時，可采用直接水冷或采用水冷銅塊來改變熱場分布，以達到減小變形的目的。但是對于淬硬性高的金屬材料，此方法慎用。

4.選擇合理的裝配焊接順序和焊接方向

裝配焊接順序的設計，主要考慮先期焊縫產生的焊接應力和變形對后續焊縫的影響，還要考慮后續焊縫產生的應力和變形是怎樣與先期焊縫的影響相互作用的。實踐證明，正確選擇裝配焊接順序，是防止焊接變形的有力措施。

在生產中通常采用以小拼大的焊接結構進行生產，先焊成若干部件和組件，然后裝配焊接成整體結構。由于焊件的裝配和焊接順序不同，在生產過程中結構剛性的遞增以及對焊接變形的影響也不相同，因此要對其進行分析比較，選擇變形最小的合理裝配焊接順序。

一般情況下，應先焊收縮量大的焊縫，后焊收縮量小的焊縫。當同時存在對接焊縫和角焊縫時，一般應先焊對接焊縫，后焊角接焊縫；當同時存在橫向焊縫和縱向焊縫時，應先焊橫向焊縫，后焊縱向焊縫；當同時存在厚板焊縫和薄板焊縫時，一般應先焊厚板焊縫，后焊薄板焊縫；當結構中同時存在斷續焊縫和連續焊縫時，一般應先焊連續焊縫，后焊斷續焊縫。

5.預熱

焊接不均勻熱場是產生焊接變形的主要原因。因此，采用適當的預熱使焊接溫度分布趨于均勻，也是一種減小焊接殘余變形的有效措施。

6.用拉伸法和加熱法減小焊接薄板的平面外變形

用機械法或預熱法使被焊壁板進行拉伸或伸長，與此同時將壁板焊到結構的框架上，焊完后，去掉拉伸載荷。此時壁板的收縮受到被焊框架的拘束，從而在壁板上只有小量的平面外變形產生。這時在焊接后壁板內存有殘余拉伸應力，而在框架內則存有殘余壓應力。這種方法對減小焊接薄板的壓曲變形具有良好的效果。

二、預防焊接冷裂紋的方法

1.正確地選材

選用堿性低氫型焊條和焊劑，減少焊縫金屬中擴散氫的含量；搞好母材和焊材的選擇匹配；在技術條件許可的前提下，可選用韌性好的材料（如低一個強度等級的焊材），或施行“軟"蓋面，以減小表面殘余應力；必要時，在制造前對母材和焊材進行化學分析、機械性能及可焊性、裂紋敏感性試驗。

2.嚴格地按照試驗得出的正確工藝規范進行焊接操作

主要包括：嚴格地按規范進行焊條烘干；選擇合適的焊接規范及線能量，合理的電流、電壓、焊接速度、層間溫度及正確的焊接順序；對點焊進行檢查處理；搞好雙面焊的清根等；仔細清理坡口和焊絲，除去油、銹和水分。

3.選擇合理的焊接結構，避免拘束應力過大；正確的坡口形式和焊接順序；降低焊接殘余應力的峰值。

4.焊前預熱、焊后緩冷、控制層間溫度和焊后熱處理，是可焊性較差的高強度鋼和不可避免的高拘束結構形式，防止冷裂紋行之有效的方法。預熱和緩冷可減緩冷卻速度（延長△t 800～500℃停留時間），改善接頭的組織狀態，降低淬硬傾向，減少組織應力；焊后熱處理可消除焊接殘余應力，減少焊縫中擴散氫的含量。在多數情況下，消除應力熱處理應在焊后立即進行。

5.焊后立即錘擊，使殘余應力分散，避免造成高應力區，是局部補焊時防止冷裂紋行之有效的方法之一。

6.在焊縫根部和應力比較集中的焊縫表面，采用強度級別較低的焊條，往往在高拘束度下取得良好的效果。

7.采用惰性氣體保護焊，能最大地控制焊縫含氫量，降低冷裂紋敏感性，所以應大力推廣TIG、MIG焊接。

三、預防焊接熱裂紋的方法

1.限制鋼材和焊材中，易產生偏析的元素和有害雜質的含量，特別是S、P、C的含量，因為它們不僅形成低熔點共晶，而且還促進偏析。C≤0.10%熱裂紋敏感性可大大降低。必要時對材料進行化學分析、低倍檢驗（如硫印等）。

2.調節焊縫金屬的化學成分，改善組織、細化晶粒，提高塑性，改變有害雜質形態和分布，減少偏析，如采用奧氏體加小于6%的鐵素體的雙相組織。

3.提高焊條和焊劑的堿度，以減低焊縫中雜質的含量，改善偏析程度。

4.選擇合理的坡口形式，焊縫成型系數ψ=b/h＞1，避免窄而深的“梨形"焊縫（焊接電流過大也會形成“梨形"焊縫），防止柱狀晶在焊道中心會合，產生中心偏析形成脆斷面；采用多層多道焊，打亂偏析聚集。

5.采用較小（適當）的焊接線能量，對于奧氏體（鎳基）不銹鋼應盡量采用小的焊接線能量（不預熱、不擺動或少擺動、快速焊、小電流）、嚴格掌握層間溫度，以縮短焊縫金屬在高溫區的停留時間。

6.注意收弧時的保護，收弧要慢并填滿弧坑，防止弧坑偏析產生熱裂紋。

7.盡量避免多次返修，防止晶格缺陷聚集產生多邊化熱裂紋。

8.采取措施盡量降低接頭應力，避免應力集中，并減少焊縫附近的剛度，妥善安排焊接次序，盡量使大多數焊縫在較小的剛度下焊接，使其有收縮的余地。

四、預防再熱裂紋的方法

1.選材時應注意能引起沉淀析出的碳化物形成元素，尤其是V的含量。必須采用高V鋼材時，焊接及熱處理時要特別加以注意。

2.熱處理時避開再熱敏感區，可減少再熱裂紋產生的可能性，必要時熱處理前做熱處理工藝試驗。

3.盡量減少殘余應力和應力集中，減少余高、消除咬邊、未焊透等缺陷，必要時將余高和焊趾打磨圓滑；提高預熱溫度，焊后緩冷，降低殘余應力。

4.適當的線能量，防止熱影響區過熱，晶粒粗大。

5.在滿足設計要求的前提下，選用低一個強度等級的焊條，讓其釋放一部分由熱處理過程消除的應力，讓應力在焊縫中松弛，對減少再熱裂紋有好處。

五、預防未焊透的方法

1.控制好坡口尺寸：間隙、鈍邊、角度及錯口等。

2.控制電流、極性和焊速；使接頭充分預熱，建立好第一個熔池。

3.控制焊條直徑和焊接角度；克服電弧偏吹。

4.雙面焊清根一定要到位。

5.坡口及鈍邊上的油、銹、渣、垢一定要清理干凈。

減少鑄鐵砝碼焊接缺陷的有效措施