钢焊接变形国内外研究现状综述

菜单

在焊接过程中，焊接区经历一个复杂的不均匀快速加热和冷却过程，这必然引起焊接区发生不均衡的应力应变变化，这种不均衡的应力应变是导致焊后形成残余应力和变形的主要原因。为此，许多学者认为，通过调整薄壁结构的焊缝及近缝区热应力-应变循环，是达到控制焊接残余应力和变形（主要针对纵向收缩引起的纵向挠曲）的有效方法。归纳而言，主要通过以下几种基本方式实现。一是通过减小加热阶段产生的纵向塑性压应变，包括预拉伸法（机械拉伸、预制温差拉伸）、等效降低线能量法（采用各类冷却夹具、焊缝两侧预先沉积吸热物质、随焊激冷和高能束焊接）和降低整个焊件上温度梯度的均匀预热法。二是通过增大冷却阶段的纵向塑性拉应变，主要通过采用激冷等方式，在减小整个焊件上的温度梯度的同时，还造成焊道温度低，两侧温度高的马鞍形温度场，利用温差拉伸效应所产生的纵向塑性拉应变抵消或部分抵消先前形成的纵向压缩塑性应变，达到降低残余应力和变形的目的，包括动态温差拉伸（随焊激冷）和静态温差拉伸等。另外就是通过诸如焊缝滚压、焊后机械拉伸、机械振动、焊后锤击焊道等方法造成能抵消或部分抵消压缩塑性变形的延伸塑性变形，达到控制焊后残余应力和变形的目的。 48795

关桥等提出的低应力无变形焊接技术主要通过热沉的作用，在焊件上形成一个畸变温度场，使焊缝两侧受冷急剧收缩，产生很强的拉伸作用，使仍处于高温状态焊缝区的压缩塑性变形量得到补偿，从而实现了对薄板铝合金焊接内应力及焊接变形的有效控制。预拉伸焊接法是通过对焊接构件施加预置应力的方式，改变焊接过程中的内应力分布，达到低应力无变形的目的。

(1)现代控制焊后残余应力和变形的方法

应该说自美国首先提出采用温差法降低焊接残余应力以来，温差法的确促进了焊接技术的发展，一直到现在温差法仍是控制焊接变形的简便而有效的方法，只到现在，国内徐文立、郭绍庆等人还对随焊激冷法、动态温差拉伸法及随焊锤击的控制变形的作用机理等进行深入的分析，应当说这些方法对促进焊接工业的发展仍有重要的意义。但是上述方法虽然可以减小变形或在一定程度上降低残余应力水平，但很难做到消除变形甚至定量地控制残余应力水平，近年来随着工业的迅猛发展，人们已不满足于对结构的简单变形控制，而更倾向于对焊接构件的定量、稳定的控制。因此国内外一些学者相继提出了一些主动、定量控制变形的方法，如低应力无变形焊接法、瞬态热拉伸焊接法和预拉伸焊接法等。

(2)低应力无变形焊接法

为满足航空、航天薄壳焊接结构在制造过程中对几何型面的严格技术要求，研究开发了低应力无变形的焊接技术，对于薄壁结构，常发生残余压应力超过构件失稳的临界应力，而产生失稳压曲变形。为此在电弧后适当部位，设置一个能对焊缝局部产生急冷作用的热沉，与焊接电弧构成一个多源（热源－热沉）系统，形成一个畸变的温度场，在这种情况下，虽然焊缝一开始同常规焊一样在焊缝区两侧产生压缩塑性变形，一方面使高温焊缝的热量向后部热沉传导，减少了向两侧传导的热量，使高温区变窄，控制了压缩塑性变形区的扩展；另一方面，热沉部位的焊缝受冷急剧收缩，产生很强的拉伸作用，使仍处于高温状态焊缝区两侧的压缩塑性变形量得到补偿。从而在焊接完成后，残余拉应力区和残余拉应力幅值都得到控制，甚至在焊缝两侧的残余压应力也降到很低的水平，控制了薄壁构件的翘曲失稳变形，特别是跟随热源移动的热沉在焊缝高温区的激冷作用，在热源与热沉之间形成很大的温度剃度，可达到定量地控制焊接过程中的不协调应变达到低应力无变形的焊接效果。