时间：2022-10-02 19:30:44
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇焊接应力，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
力的概念是在工程实践中建立的，可以通过力的作用效果感受它的存在。我们将力使物体的运动状态发生改变的效应称为外效应；我们将力使物体发生的形状的变化的效应称为内效应。作为焊接结构中的力学问题研究的是力的内效应，当材料变形时，杆件内部质点之间产生了用来抵抗变形、企图使材料恢复原状的抵抗力，这种因外力作用而引起构建内部之间的相互作用力，简称内力。外力越大，内力随着增大，变形也就越大，当内力超过一定强度极限时，杆件就会被破 坏。杆件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力；杆件非外力作用下，单位面积上的内力称为内应力。对于金属材料构件当所受应力大于等于屈服强度，构件就会产生塑性变形并且不能回复；当所受应力小于屈服强度，构件就会产生塑性变形，因此工程上常用应力衡量构件受力的强弱程度。
一、焊接应力与变形产生的原因
通常，我们把焊接时不均匀加热看成产生焊接应力与变形的根本原因，焊接应力与变形是由多种因素交互作用而导致的结果，如材料因素、工艺因素和结构因素等。若仅就其材料本身的物理性质和力学性质引起的内拘束条件影响而言，焊接应力与变形产生的原因可表述如下：焊接热输入引起材料不均匀加热，使焊缝区熔化，在热传导作用下致使焊接接头形成了高温区，材料的发生热膨胀则受到周围母材形成的低温区域的限制，产生不均匀的压缩塑性变形；在冷却过程中已产生的压缩塑性变形的这部分材料又受到周围材料的限制而不能自由收缩，不同程度上又被拉伸而卸载；与此同时熔池凝固金属冷却收缩也产生相应的应力与变形，也就是高温焊缝区受到拉应力，在焊接接头区产生了缩短的不协调应变。
与焊接接头区产生的缩短不协调应变相对应在构件中会形成自身相平衡的内应力，即为焊接应力。焊接接头区金属在冷却到较低温度时，材料恢复到弹性状态；此时若有金属组织变化，则伴随体积变化出现相变应力。
二、焊接应力与变形关系的阐述
在焊接过程中，焊缝金属在热膨胀过程中受到处于相对低温区的母材金属的内拘束和结构外拘束，不能够自由膨胀而产生压应力，压应力大于屈服强度时，这样就产生了压缩塑性变形，随着变形量的增加，焊接应力减小，焊接变形成了应力的释放形式，由于材料还未成为完全塑性材料，在材料内部还会产生压缩弹性变形，为使整个构件平衡，接头高温区产生压应力，母材低温区产生拉应力。
在焊接接头冷却过程中，产生压缩塑性变形的焊缝区由于不能恢复到原来状态，要缩短，由于内外拘束条件的限制，焊缝金属产生了拉应力，屈服点却随温度的降低而升高，因此焊缝产生了一定量的拉伸应变，并未完全拉伸而卸载，即焊接拉应力在焊缝拉伸过程中有所减小，当减小到屈服点以下就以弹性应变的方式存在于焊接构件当中，即产生拉应力，为平衡与此构件当中产生了的焊接压应力，最终整个构件在一拉一压应力作用下平衡了，且构件面积变小。
由此可见焊接应力与变形总是成对出现，在焊接应力、温度和屈服强度的对比的条件下相互转化，温度升高，屈服强度降低，变形增加，焊接应力减小；反之，屈服强度降低，变形减小，焊接应力增加。
三、防止焊接应力与变形的措施
在了解焊接应力与变形原因和关系的基础之上，采取措施控制应力与变形总的原则是控制应力，就得增加焊接结构的变形量；控制变形，就得增加焊接结构的应力，这就根据结构的具体条件而定，主要从以下三个方面入手。
从原因上控制金属材料的选择、结构的设计、焊接热输入着眼，设计上采用塑性好的金属材料作为焊接结构材料；用其他结构代替焊接结构；采取工艺措施配合低的焊接热输入，缩小不均匀加热的程度；在满足使用条件的前提下，尽量减小焊缝的数量和尺寸，比如断续焊代替连续焊，尽量不开坡口等；合理的结构设计，最终减少焊接构件的内外拘束条件，以求产生的焊接应力最小，焊接变形也随之减少。
从焊接过程中控制装配焊接顺序、焊接材料的选择、装夹条件、施焊顺序，施焊工艺等，影响构件的受热不均匀程度、焊接接头的拘束状态，焊缝的受热变化的条件，进而影响焊接应力与变形的产生和相互转化。
从焊后消除应力热处理把金属构件加热到力学熔点以上，屈服点急剧降低接近于零，让应力释放产生应变，把焊接应力消除80％-90％；还是火焰矫正变形时利用局部加热至力学熔点之上而未发生相变的温度区，如钢600℃～800℃，让构件产生较大的压缩塑性变形，进而在快速冷却过程中产生较大的收缩变形以矫正焊接变形等，都是建立在焊接应力与变形产生的原因和转化关系的把握之上。
四、结论
焊接热输入的不均匀产生的压缩塑性变形是产生焊接应力与变形的根本原因；工艺因素和结构因素构成焊接应力和变形产生的外部拘束条件；在焊接过程中随着内外拘束条件的增加，压缩塑性变形增加，焊接应力以压应力为主，反之焊接应力增加，焊接应力以拉应力为主；控制焊接应力与变形的转换关系应从屈服强度和焊接应力的对比中入手。
参考文献
[1]中国机械工程学会焊接学会.焊工手册[M].北京：机械工业出版社，2001
[2]邱葭菲.焊工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.
【关键词】建筑钢结构 焊接 应力 变形控制
一、产生原因分析
1.焊接应力
焊缝温度冷却至室温后，在整个接头区内焊缝及近缝的拉应力与母材的压应力区域达到平衡，这时应力状态称为焊接残余应力，形成焊接应力。
2.焊接变形
在焊接应力的作用下，如果焊件的约束较小，则焊件会产生形影的尺寸变化或弯曲或翘曲变形，称为焊接变形。
3.焊接应力与焊接变形产生原因
在焊接过程中，在不均匀加热使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度接近室内温度。这样，不受热的金属部分便阻碍了焊缝及近缝金属的膨胀和收缩，因而，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），就造成了焊接结构的各种变形。金属内部晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形，这也是产生焊接应力与变形的根本原因。
4.焊件残余应力与变形危害
在焊接过程中焊件将发生变形，随着变形的产生，焊件内的应力状态也发生变形，而焊完并冷却后所留下的变形不是暂时的而是残余的。通常焊接的残余变形和应力是同时讯在的，但在一般焊接结构中残余变形的危害性比残余应力大得多，它使焊件或不见尺寸改变而无法组装，使整个构件丧失稳定而不能承受荷载，使展品质量大大降低，而矫正却要浪费大量的人力和物力，有时还导致产品的报废。同时焊接裂纹的产生往往和焊接残余应力和焊接变形有着密切的关系。有的金属由于焊后产生了残余应力而使其适用性能大为下降，从而对这类金属的焊件生产工艺上就存在大量困难。因此，在制造焊接结构时，必须充分了解焊接时应力发生的机理和焊后决定工件变形的基本规律，以控制和减小它的危害。
二、钢结构焊接应力、变形分析与控制
1.焊接变形的控制措施
全面分析各因素对焊接变形的影响，掌握其影响规律，即可采取合理的控制措施。
（1）焊缝截面积的影响
焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的，而且是主要的影响因素，因此，在板厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。
（2）焊接热输入的影响
一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。
（3）焊接方法的影响
多种焊接方法的热输入差别较大，在建筑钢结构常用的集中焊接方法中，除电渣焊以外，埋弧焊热输入量最大；在其他条件如焊缝断面积等相同情况下，埋弧焊收缩变形最大，手工电弧焊居中，CO2气体保护焊最小。
（4）接头形式的影响
在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。
①表面堆焊时，焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母线的约束，而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束，因此，变形相对较小。
②T型角接接头和搭接接头时，其焊缝横向收缩情况与堆焊相似，其横向收缩值与角焊缝面积成正比，与板厚成反比。
③对接接头在单道（层）焊的情况下，其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大，在单面焊时坡口角度大，板厚上、下收缩量差别大，因而角变形较大。双面焊接时情况有所不同，随着坡口角度和间隙的减小，横向收缩减小，同时角变形也减小。
（5）焊接层数的影响
①横向收缩；在对接接头多层焊接时，第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律，第一层以后相当于无间隙对接焊，接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似，因此，收缩变形相对较小。
②纵向收缩；多层焊接时，每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多，加热范围窄，冷却快，产生的收缩变形小得多，而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束，因此，多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多，而且焊的层数越多，纵向变形越小。在工程焊接实践中，由于各种条件因素的综合作用，焊接残余变形的规律比较复杂，了解各因素单独作用的影响便于对工程具体情况作具体的综合分析。
所以，了解焊接变形产生的原因和影响因素，则可以采取以下控制变形的措施：
a.减小焊缝截面积，在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下，尽可能采用较小的坡口尺寸（角度或者间隙）。
b.对屈服强度345MPa以下，且硬性不强的钢材采用较小的热输入，尽可能不预热或适当降低预热和层间温度；优先采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊
c.厚板焊接时尽可能采用多层焊代替单层焊。
d.在满足设计要求情况下，纵向加强肋和横向加强肋的焊接可采用间断焊接发。
e.双面均可焊接操作时，要采用双面对称坡口，并在多层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。
f.T形接头板厚较大时采用开坡口叫对接焊缝。
g.采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。
h.采用刚性夹具固定法控制焊后变形。
i.采用构建预留长度补偿焊缝纵向收缩变形，如H形纵向焊缝每米长可预留0.5～0.7mm。
j.对于长构件的扭曲，主要靠提高板材平整度和构件组装精度，使坡口角度和间隙准确，电弧的指向和对中准确，以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。
k.在焊缝众多的构件组焊和结构安装时，要采取合理的焊接顺序。
l.设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理布置焊缝，除了要避免焊缝密集以外，还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴，并使焊缝的布置与构件中和轴相对陈。
2、焊接应力的控制措施
构件焊接时产生瞬时内应力，焊接后产生残余应力，并同时产生残余变形，这是不可避免的现象。焊接变形的矫正费时费工，构件制造和安装企业首先考虑的是控制变形，往往对控制残余应力较为忽视，常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制变形，实际上增大了焊后的残余应力。对于一些本身刚性较大的构件，虽然变形会较小，但却同时产生较大的内应力，甚至产生裂纹。因此，对于一些构件截面厚大、焊接节点复杂、拘束度大、钢材强度级别高、使用条件恶劣的重要结构件要注意焊接应力的控制。控制应力的目的是降低其峰值使其均匀分布，其控制措施有以下几种：
2.1减小焊缝迟勋；焊接内应力由局部加热循环而引起，为此，在满足设计要求的条件下，不应加大焊缝尺寸和层高，要转变焊缝越大越安全的观念。
2.2.减小焊接拘束度；拘束度越大，焊接应力越大，首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接，尽可能不用刚性固定的方法控制变形，以免增大焊接拘束度。
2.3.采取合理的焊接顺序；在焊接较多的组装条件下，应根据构件形状和焊缝的布置，采取先焊收缩较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。
2.4.降低焊件刚度；创造自由收缩的条件。
2.5.锤击法减小焊接残余应力；在每层焊道完后立即用源头敲渣小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝金属，使其产生塑性延伸变形，并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。但根据焊道、坡口内及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜锤击，以免出现熔合线和近缝区的硬化或裂纹。高强度低合金钢，如屈服强度级别大于345MPa时，也不宜用锤击法消除焊接残余应力。
2.6.采用抛丸机除锈；通过钢丸均匀敲打来抵消构件的焊接应力。
四、结束语
综上所述，在施工过程中一定要了解焊接工艺，采用合理的焊接方法和控制措施，以便减少和消除焊接后残余应力、残余变形。在实践中不断总结、积累焊接经验，综合分析考虑各种因素，以保证工程中的焊接质量。
参考文献：
[1]田拥军.如何控制焊接应力和变形[J] 山西建筑 2004（30）
[2]朱青松.焊接应力和变形对钢结构承载力的影响分析[J] 城市建设 2011（35）
[3]王华民 .大型钢结构建筑安装技术研究[J] 天津建设科技 2011（21）
关键词：现场环境；侯刚班；焊接应力；影响
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.013
0 前言
随着钢结构技术的不断完善，厚钢板在钢结构桥梁中的应用越来越广泛，能够在一定程度上提升钢结构桥梁的质量。但是，我国对于厚钢板焊接技术的研究还处于初级阶段，在实际应用过程中经常会因为刚度过大而产生焊接残余应力，降低钢结构的使用性能。为此，还需要针对各种因素对厚钢板焊接应力影响的分析。现场环境是造成厚钢板焊接应力缺陷的主要因素之一，其中的温度、湿度、风力等都会降低钢结构的使用性能，还需要进一步完善。
1 现场环境因素给厚钢板焊接造成的缺陷
（1）气孔。在现场环境因素的影响下，厚钢板焊接过程中经常会出现电弧不稳定、失去有效保护等问题，在一定程度上增加了周围气体的溶入，大量气体被焊接熔池所吸收，在厚钢板焊接位置形成气泡，如果这些气泡不能够及时排除，就会残留在厚钢板焊接位置形成气孔，降低厚钢板焊接的质量。常见的气孔类型有两种：氢气孔和CO气孔。
氢气孔主要存在与焊缝表面，一般产生于低碳钢和低合金钢焊接过程中，气孔内部比较光滑。当厚钢板焊接过程中处于湿度比较大的现场环境当中，就会在钢材表面形成结露，增加了钢材表面的水分，焊条药皮受潮的情况比较严重，再加上低温环境焊接，大量的氢元素还没来得及上浮就被焊接在钢结构当中，在焊接部位形成氢气孔。
CO气孔是因为焊件表面的铁锈和氧化铁皮在加热的过程中合成的CO气体没有及时排除而在厚钢板焊接表面形成了条虫状的内部气孔。另外，因为在发生化学反应的过程中也会分解出氢离子，在一定程度上增加了氢气孔的数量[1]。
（2）裂纹。裂纹是厚钢板焊接过程中影响最为严重的缺陷，在很大程度上加重了钢结构在实际应用过程中存在的安全隐患。裂纹缺陷的存在能够减少结构承载截面，同时产生严重的集中应力，很容易在实际应用过程中发生断裂的情况，引发非常严重的安全事故。与现场环境因素相关的厚钢板焊接裂纹缺陷类型有两种：冷裂纹和热裂纹，其中冷裂纹一般产生于厚钢板焊接之后冷却的过程，具体表现为延迟现象，集中分布于热影响区。热裂纹是低温焊接时焊缝冷却速度加大，使焊缝收缩大于晶间结合力而引发的焊缝开裂现象。
（3）焊接残余应力。焊接残余应力是由于焊接时局部加热和熔化过程中，加热区受热膨胀，而周围的母材还处于冷态或加热温度不高，因而对焊接区受热母材的膨胀起约束作用，焊接区承受受压应力，而母材承受受拉应力。随着厚钢板焊接的不断进行，已完成的焊缝和热影响区冷却并收缩，而其周围的母材此时却起了约束其收缩的作用，这种应力状态就称为焊接残余应力。在现场厚钢板焊接的过程中，如果焊件的拘束度比较大，焊件就不能够自由的变形[2]，其焊接应力也会发生一定的变化。
2 解决现场环境因素对厚钢板焊接应力造成影响的措施
（1）确认焊接作业现场环境。在开始进行厚钢板焊接工作之前，首先要对现场环境因素进行详细的确认，在现场环境因素满足设计方案实际需求的情况下，才能够开始进行厚钢板焊接工作，从根本上降低厚钢板焊接应力，减少各种类型的现场环境因素对厚钢板焊接的影响。工作人员应该主要针对现场环境中的风速、温度、湿度等因素进行检测，其中，焊接作业区风速主要包括两个方面：手工电弧焊不超过8m/s；气体保护电弧焊及药芯焊丝电弧焊不超过2m/s。现场环境湿度保持在90%以下，温度控制在正常温度范围内。另外，在焊接现场周围100mm的范围内不能够出现水、油、锈等杂物[3]。
（2）从根本上消除气体来源。要想消除厚钢板焊接表面存在的气孔，提高厚钢板焊接的质量，就必须要从根本上消除气体来源。首先，工作人员应该及时进行厚钢板焊接表面的清理，尤其是要重点清理焊件表面上的铁锈，确保焊件表面不存在铁锈、油污、水等杂物。其次，要及时进行焊接材料的防潮与烘干，利用现代化的科学仪器完成焊接材料的有效保存，确保焊接材料的干燥性。最后，要加强对焊接材料的防护工作，在厚钢板焊接过程中，应该做好气体保护焊的防护措施，进一步提升对焊接材料的保护作用，避免大量气体溶入到焊接材料表面而形成气孔。
（3）合理进行焊接应力控制。钢结构是桥梁施工中的重要组成部分，其合理使用能够有效承载桥梁所承受的动载。但是，厚钢板的刚度普遍较高，在实际焊接^程中截面的惯性矩和拘束度都比较大，虽然其变形程度有所降低，却产生了较高的内应力，甚至还会出现裂纹的情况[4]。由此可见，合理进行厚钢板焊接应力的控制是非常必要的。工作人员在厚钢板焊接的过程中应该尽可能减小焊缝尺寸，满足设计方案中的个性化要求，从而提升焊缝的安全性能。同时，还要按照设计方案中的顺序进行焊接，尤其是在焊缝比较多的情况，更应该结合构件的形状进行焊缝的合理布置，从而实现降低现场环境对于厚钢板焊接应力影响的目标。
3 结论
综上分析可知，随着科学技术的不断完善，厚钢板焊接的质量在桥梁钢结构中的应用越来越常见，在一定程度上提高了桥梁的质量，提升钢结构的稳定性。目前，我国在研究厚钢板焊接问题的时候经常忽视现场环境因素的影响，难以有效的提升钢结构质量安全。为此，桥梁施工企业应该进一步加强对焊接残余应力、气孔、裂纹等缺陷的研究，深刻认识到现场环境因素在厚钢板焊接中的重要作用，进而提升桥梁结构的稳定性与安全性。
参考文献：
[1]杨武.现场环境对厚钢板焊接应力的影响研究[D].重庆交通大学，2010.
[2]林升.厚板焊接接头残余应力和损伤分布的研究[D].北京交通大学，2013.
[3]白凡.残余应力和损伤对焊接厚板组合构件力学性能影响的研究[D].北京交通大学，2013.
【关键词】桥壳用钢；390Q；数值模拟；焊接应力场
The numerical simulation on welding stress field of high strength steel for axle case steel 390Q
Abstract： This paper takes the butt joint of axle case steel as research object ，simulates the real-time three dimensional dynamics welding stress field by FEA software ANSYS and abtains the axle case steel 390Q’s transient stress field of weld zone at different welding speed.On that basis， proposes feasible dynamic simulation method of three dimendional stress welding field which provides theoretical basis and guidelines for optimizing welding technology and norming welding parameters. The result of welding stress simulation shows that the optimum welding speed is 5mm/s .
keywords：axle case steel， 390Q， numerical simulation， welding stress field
引 言
桥壳用高强度钢390Q中由于加入了铌、钛等合金元素，使其具有良好的屈服强度和抗拉强度，又因在轧制过程中采用了控轧控冷措施而获得了超细晶粒，使其具有高的综合力学性能，有望代替16MnL 钢成为制造中重型卡车桥壳的材料[1]。
作者针对高强度钢390Q采用有限元模拟软件ANSYS，对该种钢板的焊接工艺参数进行模拟，为实际生产提供了试验依据。
1、物理模型的建立
采用ANSYS软件建模，试件尺寸为100mm×70mm×10mm，材质为390Q钢板，电弧沿焊件中心移动，焊接温度场的计算属于非线性瞬态传热问题，材料的热物理性能参数随温度而变化，许多材料的物理性能参数并不齐全，查得文献获得，给出了390Q钢在20 ℃～2000℃范围内的热物理性能参数。为了计算的收敛，可以适当的调整高温时的参数，在计算过程中对高温时的材料性能参数进行适当的调整，其差一般不大。
焊接过程是一个加热非常不均匀的过程，焊缝处温度梯度变化很大，其产生的应力分布也不均匀，划分网格时一般在焊缝及其附近的部分用加密的网格，在远离焊缝的区域，采用相对稀疏的单元网格。总之，在保持精度的同时减少网格的数量。而具体到本课题的特点，如果继续采用温度场计算的网格大小（1mm），则使得计算时间过长，因此，为了缩短计算时间并保证计算精度，采用了相应的大网格划分，在焊缝及热影响区附近分别设置网格尺寸为1.75mm，2.5mm，2.85mm。
2、模拟结果及分析
根据钢板材质和板厚，选择其最合适的焊接参数：电弧电压u= 18V；焊接电流=140A；热效率η=0.7；电弧有效加热半径r=5mm。焊接速度分别为4mm/s 时，焊接时间为25s。
分别选取焊接速度为4mm/s、5mm/s、6mm/s，进行不同时间焊接应力场云图对比分析。
当焊接速度为4mm/s时，分析三个不同焊接时刻的应力云图可以看出：焊接时刻为3s时的应力分布为3059～273×109MPa，焊接时刻为13s时的应力分布为551213～446×109MPa，焊接时刻为24s时的应力分布为4457626～313×109MPa。
当焊接速度为5mm/s时，分析三个不同焊接时刻的应力云图可以看出：焊接时刻为5s时的应力分布为46978～391×109MPa，焊接时刻为10s时的应力分布为299547～424×109Mpa，焊接时刻为19s时的应力分布为396948～227×109Mpa。
当焊接速度为6mm/s时，分析三个不同焊接时刻的应力云图可以看出：焊接时刻为5s时的应力分布为35902MPa～3.73×108Mpa，焊接时刻为12s时的应力分布为616837MPa～3.98×108Mpa，焊接时刻为15S时的应力分布为396948MPa～2.27×108MPa。
在应力分布云图中可以看出当焊接过程刚开始的时候，工件的应力较小，当焊接过程进行到一半时，应力最大。当焊接过程即将结束时，应力又减小。
应力分布曲线表明在3个不同的焊接速度下，焊缝不同位置的应力变化趋势是一致的。图1为焊缝不同位置处的焊接速度与应力对比图，结果表明当焊接速度为5mm/s时，整个焊缝的应力值最小。
3、结论
通过对不同焊接速度的焊接应力场的数值模拟，可以优化焊接工艺参数，减少实验数量。根据应力场模拟结果，在桥壳用高强度钢390Q的焊接过程中，选择焊接参数为：U=18V，I=140A，V=5mm/s。
参考文献
[1]于燕等.中重型卡车桥壳用390Q高强度钢的焊接性能.机械工程材料，2008，（8）：53～55
[2]Eager T W， Tsai N S. Temperture fields produced by traveling distributed heat sources[J].Welding Journal.1983，62（12）：346-355
[3]焊接手册，1992
[4]王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践.西安：西北工业大学出版社，1～187，2000
关键字：钢结构；残余应力；工艺措施
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
一、焊接应力产生的原因
如果在焊接过程中操作不当，则极易产生焊接应力的现象。焊接应力产生最本质的原因就是受热不均，同时还受金属收缩率、钢结构的刚性等因素影响。此外，焊缝在构件中所处的位置、焊接工序的顺序、焊接电流等因素，如果选取不合理，也会产生焊接应力。
1、焊件的不均匀受热
在焊接时，如果构件受热不均匀，当过热位置的温度使钢材发生屈服现象时，构件就会产生一定量的形变，在焊接结束后，就会产生残余应力[1]。在焊接过程中，钢材受热会出现拉长变形，在冷却后，会进行收缩，如果收缩的彻底，则焊件的残余应力小，变形大；如果收缩不完全，则残余应力大，变形小。
2、焊缝金属的收缩
在焊缝内熔融的焊丝固化冷却后，会产生一定的收缩，但由于熔融的焊丝与构件在加热的状态下，已融为一体，因此，熔融的焊丝在收缩时会受到构件的约束和影响。这样，在收缩的过程中就会产生变形，同时也会出现残余应力。此外，在焊接过程中，一条焊缝无法在同一时间内完成，先完成焊接的部分在固化冷却后，会约束后面焊接部分的冷却收缩，这一过程中，也会产生残余应力。
3、焊件的刚性与拘束
焊接应力受焊件刚性与拘束的影响也很大。焊件的刚性是指焊件坚硬不易变形的程度；焊件的拘束是指周边的构件对焊件变形的限制和影响。刚性是钢材自身的特性，与构件的材质、尺寸和横截面有关，属于内因；拘束是外界对构件的作用，属于外因[2]。构件的刚性愈强、周边的拘束愈大，焊接应力就愈大，焊接产生的变形就愈不明显；相反，如果构件的刚性较弱、周边的拘束也较小，则焊接应力就较小，焊接产生的变形就愈严重。
除了上述原因外，焊接过程中的高温也会使钢材的内部组织结构发生变化，这种金相结构的变化，会使焊接部位的体积产生变化，也会导致残余应力和变形现象的产生。
二、焊接残余应力的控制措施
残余应力控制的主要目的是：通过采取相应的控制措施，避免残余应力集中和叠加的现象产生，使应力在构件中平均公布，并减小其峰值，以提高钢结构的稳定性、安全性和承载能力。控制焊接残余应力具体可以从以下几方面着手：
1、采取合理的焊接顺序
（1）当钢结构尺寸较大时，焊接的起始位置应设在中间，从中间向四周延伸进行焊接，使收缩按焊接的顺序由内向外进行。
（2）焊缝交叉的情况如果无法避免，则在焊接时，应对焊接交叉处的质量进行严格控制。如果在交叉位置附近纵向焊缝出现未焊透等缺陷，那么这些缺陷会与横向焊缝的应力相互作用，形成三向应力的情况[3]。因此，交叉位置处的焊缝应小心焊接，避免产生焊接缺陷，保证焊缝的质量，使焊缝能够自由收缩。在进行交叉焊接时，应注意先焊短缝、后焊长缝的顺序原则。
（3）焊接时收缩量较大的焊缝应优先焊接。在对钢结构进行焊接时，应遵循先焊对接缝，后焊角缝的原则。
2、间断焊接法
由于受热是变形和应力产生的主要原因，在实际焊接时，可根据结构的实际情况，采用隔一段焊一段的间断焊接法。如在对铸铁钢材进行电弧焊时，可焊接较短的一段，待焊缝冷却后，再间隔一大段进行焊接，让焊点在焊缝上均匀分布。这样可以使焊接温度一直处于较低的水平，能够有效降低残余应力。
3、减小焊缝尺寸
焊接应力产生的主要原因为受热不均而导致的局部过热循环，因此，在对设计要求没有影响的情况下，应对焊缝的设计进行适当优化，尽量减小焊缝的长度，以及焊接的高度，焊接破口应尽量设置为双面坡口焊，从焊缝大则安全的观念误区中走出来。
4、减小焊接拘束度。
在焊接冷却之后，如果周边构件对焊缝的约束越大，则产生的残余应力就大，因此，应尽可能减小焊缝的拘束度。如果构件的结构尺寸较长需要焊接时，应在构件为零配件状态时进行焊接，不要在焊接组装完成之后再进行焊接，按照由小至大、由简至繁的原则进行焊接。如果在全部组装结束后再进行焊接，则焊缝的约束变会增大，从而产生较大的残余应力。
5、采用补偿加热法
在焊接时，如果焊接的热量迅速褪去，在冷却收缩的过程中，焊缝会产生裂缝的现象。故在对厚板进行焊接时，在焊接之前应对焊缝周边的构件进行预热，预热温度应考虑钢材的含碳量来最终确定。在对构件实施焊接操作时，焊接位置的温度大于200℃，在焊接完成后，焊接的区域会进行一定量的收缩，但这一区域从整个钢结构来说，仅是其中的一小部分，焊接以外的部分由于未经过焊接以及预加热，则会对焊接处施加十分巨大的约束力，产生较大的残余应力，严重的情况还会出现裂缝。对于这类问题，在焊接完成后，应在钢结构上与焊接对称的位置进行加热，加热温度设置为预热温度与焊接温度之间，比较适中的温度，并且保持这一温度直至焊接结束。通过这一方法，焊接应力可以得到有效改善。
6、如果钢结构较为大型，应对其分割成几个小部分，在每个部分制作、焊接结束后，再将各个部分组装到一起进行焊接。
三、结论
综上所述，在焊接过程中，残余应力是影响构件稳定性和承载能力的主要因素，是使构件产生脆断现象的罪魁祸首。在实际生产作业时，对焊接残余应力和变形的控制方法有许多，应对钢结构的材质、形状、尺寸等因素进行综合考虑，选取最为行之有效的焊接应力控制方法，以取得最优的焊接效果。
参考文献：
[1]黄向红.焊接残余应力对结构性能的影响[J].现代机械，2011，(01):111-114.
关键词：焊接残余应力；成因；对焊接结构的影响
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.009
0 引言
焊接应力即是在焊接结构时由于焊接而产生的内应力，它可以依据产生作用的时间被分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。所谓焊接瞬时应力是指在焊接的过程中某一个焊接瞬时产生的焊接应力，它是会跟着时间的变化而发生变化的，而在焊接之后，某一个受到焊接的焊件内还残留的焊接应力被称为焊接残余应力。
1 产生焊接残余应力的原因
之所以会产生焊接残余应力，主要是由于焊件在焊接的过程中所受到的加热是不均匀的。按照焊接残余应力的发生来源，可将焊接残余应力分为直接应力、间接应力和组织应力三种。
（1）直接的焊接应力是焊接残余应力所产生的最主要的原因，它是受到不均匀的加热和冷却之后所产生的，根据加热和冷却时的温度梯度而发生变化。
（2）间接的焊接应力则是焊件由于焊前的加工状况造成的应力。焊件在受到轧制和拉拔时会产生一定的残余应力。间接的残余应力如果在某一种场合下叠加到焊接的残余应力上去，焊件受到焊接发生变形，也会将其影响附加到焊接残余应力上去。而且，焊件一旦受到外来的某一种约束，产生相应的附加应力，也属于间接应力的范畴。
（3）组织应力也就是由相变造成的比容变化而产生的应力，它的产生是由于焊件的组织发生了变化。虽说组织应力会由于含碳量和材料其他成分的不同而产生差异，但我们一般都会将其所产生的影响进行分析研究。
2 焊接残余应力会对焊接结构产生哪些影响
焊接是一个局部的受热不均匀、冷却不均匀的过程，加之受焊缝和靠近焊缝的温度场的影响，焊件的内部会有大小不同、分布不均匀的残余应力―应变场。如果焊件焊接结构的残余应力以及焊件的载荷的工作应力发生叠加现象，焊件就会遭受二次变形、残余应力也会重新进行分布，这会造成焊接结构的刚性和尺寸的稳定性变差；受温度和介质的共同作用的影响，焊接结构和接头会产生较大的疲劳，容易断裂、受应力腐蚀会裂开、在高温下会蠕变开裂。随着新技术的发展，现代的大工业生产也发生了新的变化，对于焊接技术有了新的要求，焊接技术有了质量高、经济性高还要可靠性高的三高要求。而焊接残余应力与变形又是对构件的结构性能、安全可靠性有直接影响的，所以我们也要对焊接残余应力加强注意。
2.1 对焊接结构的刚度产生影响
当焊接结构的外载产生的应力σ与某个区域的残余应力相互叠加，且叠加的程度到达屈服点fy时，该区域的材料便会因为受压过大而造成局部的塑性变形，对外界的承受能力丧失，焊接结构的有效的截面积变小，结构的刚度也变小。在对一些焊接结构的焊缝进行火焰校正时，由于结构的焊缝有横向和纵向的，产生的残余拉伸应力就会有相对来说较大的截面拉伸应力，这会影响到结构的刚度而不会影响结构的长度。如果火焰校正的火焰过大，焊接梁的加载刚度和卸载回弹会变弱，这对于某些尺寸精确度和稳定性有较高要求的结构影响是极大的。
2.2 对结构的受压杆件的稳定性产生一定影响
当焊接结构的外载产生的应力σ与某个区域的残余应力相互叠加，且叠加的程度到达屈服点fy时，不但结构的截面承受外界压力的能力丧失，结构杆件的稳定性也会受到影响。残余应力是构件受外界的压力、外界的温度等因素的影响而产生的不稳定的应力状态，构件局部受损变形，甚至会有整个构件变形的可能。构件的稳定性和残余应力有着这样的关系：构件的使用会使残余应力松弛，构件稳定性降低。这种影响主要有构件抗静、动载荷的变形和载荷卸载后变形恢复能力两个方面，我们必须要想办法来消除残余应力对这两个方面的不良影响。
2.3 对静载强度产生的影响
如果焊接的材料不是脆性的，受到焊接时会发生塑性和变形，构件的应力还可能是均匀的。但是对于脆性材料来说，它们是不能塑性变形的，受到外力影响后，构建的应力是不均匀的，应力的峰值随着外力的加大而不断增多，达到材料的屈服值得极限后，构件局部被破坏，整个构件会发生断裂现象。对于一些脆性材料来说，残余应力会使它的承载能力变低，甚至会发生断裂。而塑性材料在低温状态下受到残余应力之后，它会将残余应力进行三向拉伸来缓解压力，阻止塑性材料发生变形，构件的承载能力也会变低。只要焊接结构的构件和焊道有较强的塑性变形能力，那么残余应力就不会让它的静力强度变低。由于有些残余应力的构件在受到较大的轴心拉力作用，外荷载引起的拉应力会叠加在截面上的参与压力之上，因此总的应力值会越来越大，直到达到屈服极限值fy，有残余应力的截面到达塑性区，截面的弹性区承受增大的外荷载应力，慢慢地弹性区变小、塑性区变大，应力重新分布，整个截面上的应力值到达材料的屈服极限fy。截面上的残余应力会进行均衡的分布，对构件的静力强度没有影响。但是塑性材料在失去塑性变成脆性构件时，残余应力又会对静力强度产生影响。
2.4 对焊件疲劳强度产生影响
钢材的疲劳是指钢材在循环应力多次反复作下裂缝生成、扩展以致断裂破坏的现象。残余应力与荷载的应力相互叠加，应力幅值会相应发生变化，焊件的结构抗疲劳强度也会受其影响。残余拉应力与疲劳强度成反比，即残余拉应力较小，疲劳强度就变强。所以，我们要从焊件的工艺和设计上来想办法降低应力集中系数，使得焊件的抗疲劳强度变得更强。
3 总结
总而言之，经过对焊接残余应力的研究我们可以发现，残余应力对于焊件的刚度、焊件的受压杆件稳定性、静载强度、焊件的疲劳强度都产生影响。为了提高工程的质量，我们必须要采取相应的措施来将残余应力对焊接结构的影响降到最低，避免焊件发生变形或者断裂现象的出现，提高焊接质量和焊接水平。
参考文献：
关键词：职业教育 能力本位 职业能力 教学设计行为导向教学法
一、能力本位的教学理念
德国职业教育能力本位教学的核心观点是：以从事某一具体职业所必须具备的能力为出发点来确定培养目标，设计教学过程与方法。职业能力包括专业能力、方法能力和社会能力。能力培养需要把能力分解到具体的可操作的层面上，运用行动导向教学法，通过由简单到复杂的教学活动来实现这一目标；教学过程中以学生为主体，教师为主导，强调教学是“教”与“学”的双向过程。以学生在整个学习和活动过程中的表现来考核评价学生。
能力本位的教学思想代表了德国当前职业教育的主流思想，也是我国职业教育教学改革的基本价值取向。
二、焊工专业以能力为本位教学的必要性
目前，很多技校焊工专业课教学是以学生获取焊工上岗证和中级等级证为主要目标，专业理论课够考证和实操课需要为度，实操课针对考证项目进行焊接接头操作技能训练。这种纯粹为了应试的教育造成了理论知识和实践的片面性和割裂性。很多学生虽然获得了双证，但并没有成为合格的技术工人，不少人必须经过在岗位上工作一段时间，参加了企业的再培训以后，才能“适岗”。因为实际生产中的焊接结构复杂多样，不是学生平时训练和考试的小实验样板。所以为了满足企业的需求，为了学生的就业和职业生涯，必须改变现在的教学思想，改革现有的教学模式，以能力本位为教学理念，在教学中把专业理论知识与实践应用有机地结合起来，全面提升学生的职业能力。
三、焊接应力与变形的教学设计
1.焊接应力与变形在课程中的定位和特点
“焊接应力与变形”是“焊工工艺学”课程的重要内容。焊接残余应力和变形，直接影响结构的制造质量和使用性能。焊接应力和变形的控制在实际焊接生产中是一个极其复杂的问题，它涉及应力、变形和刚度三者之间的辨证关系和动态转换关系。而在实际生产中三者的条件和关系的多样、动态和复杂，给具体操作带来很大难度。如何正确运用理论知识有效控制生产中的应力和变形，是学生学习理论知识和提高动手能力的重点和难点。
2.教学目标
通过本章节的学习，要求达到以下能力目标：
（1）专业能力：了解焊接应力和变形产生的原因；明确焊接结构应力、变形和刚度三者之间的辨证关系；掌握生产过程中控制焊接残余应力和变形的工艺措施；了解消除焊接残余应力和矫正焊后变形的方法。
（2）方法能力：学会发现问题、探究问题和解决问题的方法；学会运用已学知识解决实习和生产中的实际问题。
（3）社会能力：具有组织、协作、交流的能力；具有规范操作意识与安全文明生产意识；具有职业责任意识和严谨、务实的职业精神。
3.教学方法设计
遵循学生对知识的认知和能力发展规律，根据教材的内容特点，由浅入深，以感性和理性结合、理论和实践统一的方法组织教学：
（1）任务引领教学法。设置任务，并把学生分成四个小组对实验样板进行焊接实践，要求学生观察和记录残余变形量，通过分析、讨论、汇报、互评和教师点评几个过程，明确应力、变形和刚度三者之间的辨证关系，学会用此关系理论控制焊接实验样板的残余应力和变形，了解矫正（消除）焊接实验样板的残余应力和变形的方法。
（2）案例教学法。利用生产中的典型案例，学生通过分组讨论、汇报、互评和教师点评几个环节，把学到的焊接应力和变形的基本知识和方法应用到复杂的焊接结构生产实例中，巩固理论知识，实现理论知识向实践技能的迁移，提升职业能力。
（3）生产现场观摩教学法。学生带着问题参观焊接结构厂，教师结合课本知识和实际操作过程现场讲解，学生回校后写参观体会。通过这一环节，使学生增加了感性认识，知识和能力得到升华，职业感更强烈。
4.教学实施过程
（1）精心设计导课环节，唤醒学生的职业意识。学生在学校接触的焊接结构只是简单的一块实验样板，对焊接产生的应力和变形意识是模糊和抽象的。通过多媒体把国家大剧院椭球形穹顶焊接钢结构，“鸟巢”复杂的钢结构焊接，对接焊后产生了弯曲变形的桥式起重机主梁，焊后整体变形的工字梁等复杂的焊接结构的图片或视频展示给学生，让学生知道实际生产中的焊接结构是复杂多样的，如果焊接方法不当，产生的焊接应力过大，会导致裂纹的产生；过大的变形造成结构尺寸和形状的变化，焊后要进行大量的矫正工作，严重时会使结构报废，造成巨大的经济损失。这些生动的案例，会对学生产生强烈的视觉和心理冲击，能把他们的兴奋点集中在课堂上，使他们充分地认识到焊接应力和变形的危害，大大强化了他们的生产质量意识，同时也激发了他们对焊接应力和变形的产生原因和控制方法的探究兴趣。
（2）以任务引领教学，建构知识结构，培养综合能力。
①任务设计：安排学生课前复习材料的应力、变形、刚性、去应力退火等有关知识，学生分组（指派组长）分别焊接不同拘束条件、不同厚度、不同焊接顺序、不同坡口形式的多组实验样板，观察和记录残余变形量，分析讨论：为什么会产生焊接应力和变形？结构刚性大小对残余应力和变形有何影响？怎样控制实验样板的残余应力和变形？
②教学过程：各个小组做好学习活动方案，交给老师审核批准后分组焊接操作，观察记录各种条件下焊件的残余变形量，然后依照任务书中的问题分析讨论。教师要注意确保学生的操作安全、规范有序。在小组讨论中教师要引导学生从不同角度分析思考：比如实验样板变形的多种防控措施，实验样板双面焊成型和两面同时施焊哪一种方法更好？学生通过分析讨论思路更开阔，气氛更加活跃，思维潜能得以开发。接着各组派代表陈述本组分析讨论结果，老师和其他组同学提问，同学补充发言。各小组陈述后，老师总结知识要点，明确结构刚性越大，焊接残余应力越大而变形越小这一辨证关系；归纳比较防控焊接应力和变形的各种措施。最后，教师对各个小组的表现做出恰如其分的点评，表扬和指出不足，激励学生积极向上。各组之间相互评析打分，组长给本组组员表现打分。在各组相互评析和老师的归纳总结之后，每位学生对实践和分析讨论的结果进行完善，写成书面作业，构成自己的知识和方法。
③成绩评价：小组表现和个人的表现分加上书面作业分合成学生个人成绩。
在这个教学活动中，学生是活动的主体，教师只是主持者和引导者。学生身体力行，在实践中发现问题，激发了学习兴趣，在生生互动和师生互动中学会了分析和解决问题的方法，领悟和理解了深奥难懂的知识。在获取了专业知识的同时，组织协作、沟通表达等多方面的能力都得到锻炼和发展。
（3）典型案例分析，学以致用，实现理论知识向能力迁移。学生具备了焊接应力和变形的基本知识和相应的方法能力之后，接着让学生用已获得的知识和方法分析较复杂的焊接结构。
案例设计：教师把生产中典型的例子编写成案例，用多媒体或图片展示。比如背面纵横交错分布有加强筋的大直径盖板的焊接结构，内部有大小隔板封闭的箱型梁结构等。根据学生的知识水平，设计每个知识点，把复杂的问题按小梯度，多层次具体分解，以便学生由浅入深地分析理解。如果问题难度过大，将会让学生无从入手，产生畏难心理和情绪，影响教学活动的顺利展开。
教学过程：学生按小组就案例问题展开讨论、汇报、互评。教师观察学生自主学习过程，把学生的注意力引导到合理的解决方案上来，引导他们以结构刚性与焊接残余应力和变形的辨证关系为出发点，通过改变结构的装焊顺序来达到改变结构刚性，从而达到控制焊接残余应力和变形的目的。教师对学生的见解进行评析，归纳总结，为案例问题的解决提供更完善的方案。
（4）生产现场观摩，感受真实的职业环境。为进一步提高学生的岗位能力，教师应在恰当的时间，带领学生到设备齐全、工艺先进的焊接结构厂参观，比如当地的建筑机械设备厂、安装公司加工厂等，在那里能看到大量的需要控制焊接变形的桥式吊车横梁、塔式吊车结构件，以及应力和变形都要求严格的压力容器焊接。老师事先要交代安全事项，把需要了解和重点观察的问题写成任务书，让学生带着问题，有针对性的参观。教师在现场结合课本知识和实际操作过程进行讲解，特别是课堂上不易讲明的，讲不彻底的内容，要着重讲解。比如工装夹具如何固定结构，增加结构的刚性；翻转胎模具方便双面焊和调整装焊顺序；解释体积庞大的锅炉如何用热处理方法消除残余应力。另外，借此机会，也让同学们了解各种先进的焊接设备、工艺、材料，以及整个生产制造过程、规范的劳动要求等课本和实训车间看不到的内容、实景。
现场参观教学，学生亲临其境，加强了感性认识，加深了对理论知识和技术应用的理解，开阔了眼界，丰富了阅历，感受到了真实的职业环境。学生具备了相应的知识能力，加上现场的亲身体验，毕业走上岗位工作时，将不会怯场或者盲目，而是会有思考、有方法地从容应对各种复杂的生产实际。
通过以上的教学设计，使“焊接应力与变形”的教学目标得以实现，学生通过学习，在专业能力、方法能力和社会能力各方面都得到进一步的提升，达到预期的学习效果。
全面提高学生的职业能力，是学生的就业要求，企业的要求，社会发展的要求，也是职业学校自身存在和可持续发展的要求。技校教育应树立能力本位的教学理念，正确把握能力本位的实质，避免把能力本位等同于技能训练；应用适当的教学方式，以学生为中心，加强理论与实践相结合，提高技校生学习的积极性、主动性和有效性。只有这样，才能真正实现教育教学改革，提高技工教育教学质量。
参考文献：
[1]邱葭菲等．焊工工艺学(第三版)(机械类)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2005．
关键词： 灰铸铁；焊接性；白口组织；焊接裂纹；防止措施
中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0041-02
0 引言
灰铸铁中碳主要以石墨状态存在，呈现片状，断口呈灰色，也称灰口铸铁。灰铸铁的化学成分主要是碳和硅，同时硫和磷的杂质含量较高，使得在焊接过程中极易产生冷裂纹和热裂纹。同时还具有强度低、塑性极差且在焊接过程中具有冷却速度快及焊件受热不均匀易产生较大焊接应力的特性，这就直接导致了其焊接性能很差。突出表现在焊接接头易产生白口和淬硬组织及冷热裂纹等方面。
1 焊接接头的白口和淬硬组织产生的原因及防止措施
常用灰铸铁中，含碳约3%，含硅约2.5%，对其用焊条电弧焊进行施焊时，焊接过程中白口组织主要集中在焊缝区、熔合区和奥氏体区。
焊缝区在焊接加热过程中处于液相温度以上。由于所选焊接材料的不同，焊缝成分分两种：一种是铸铁成分，另一种是非铸铁成分。当焊缝为非铸铁成分时，不存在白口组织问题；当焊缝为铸铁成分时，由于熔池冷却速度快，碳来不及析出形成石墨，焊缝主要由共晶渗碳体、二次渗碳体和珠光体组成。焊缝区基本呈现白口组织。即使在焊接过程中，增大焊接热输入，一定程度上可以减少白口组织的产生，但仍然不能将其消除，这是由铸铁组织的特性决定的。
熔合区温度范围很窄，处于液相线和固相线之间，温度约为1150—1250℃，在焊接加热过程中，部分铸铁母材融化变为液体，部分固态母材转化为高碳奥氏体。冷却时，转变为液相的铸铁将在共晶温度区间继续发生转变，产生共晶渗碳体+奥氏体+二次渗碳体，最终将其产生的奥氏体全部转换成珠光体白口铸铁。
奥氏体区处于固相线和共析温度上限之间，加热温度范围约为820—1150℃，此时，只存在固态相变。由于加热温度超过固相线，铸铁的基体被完全奥氏体化。在冷却过程中，奥氏体首先析出二次渗碳体，而后进行共析转变。当温度缓慢降低时，奥氏体将转变成珠光体组织，当温度急速降低时，奥氏体直接转变成马氏体组织。
很多铸件补焊后要求加工，但是焊接接头中所产生的白口组织和马氏体组织硬而脆，容易引起裂纹，给加工带来了很大的困难。白口组织和马氏体组织主要是由于焊接接头冷却速度过快，影响了铸铁的石墨化过程造成的。所以，改变焊缝的化学成分或降低焊接接头的冷却速度能够有效的防止这些组织产生。
在焊接过程中，可以通过增加焊缝的石墨化元素含量或使焊缝成为非铸铁组织来改变焊缝的化学成分。使焊缝不出现淬硬组织并具有一定的塑性，更利于机械加工。该方法可以有效解决焊缝区的白口组织问题。但要想解决熔合区的白口现象，就必须减慢冷却速度，延长熔合区处于红热状态的时间，让石墨有充分时间析出，焊接前充分预热，一般400-700℃，焊后保温缓冷。确保接头的有效石墨化。
2 焊接裂纹的产生的原因及防止措施
灰铸铁焊接过程中易产生的裂纹有两种：冷裂纹和热裂纹。
灰铸铁的焊接裂纹主要是冷裂纹，灰铸铁本身强度低，基本无塑性，承受塑性变形的能力几乎没有，因此非常容易产生冷裂纹，尤其是在焊接过程中，局部受热或冷却时，焊件本身的焊接应力集中且较大，一旦释放，必将产生裂纹现象。而且焊接接头中的白口组织和淬硬组织又硬又脆，无法产生塑性变形。当受到应力作用时，极易引起开裂。
灰铸铁焊接冷裂纹可以发生在焊缝中，也可以发生在热影响区中，一般多发生在含有较多渗碳体及马氏体的熔合区中。在焊缝较长或补焊刚度较大的铸件缺陷时，若焊缝中存在白口组织，其收缩率比灰铸铁大，焊缝中极易出现冷裂纹。
综上所述，灰铸铁焊接冷裂纹产生的原因是焊接应力。
防止铸铁型冷裂纹产生的最有效的方法是对焊件进行整体预热550-700℃，并且焊后在相同温度下消除应力。还可以采用镍基或铜基焊接材料，使焊缝成为塑性良好的非铁合金，达到一定程度的消除应力的作用，减少冷裂纹的产生。也可以从工艺角度，采用分段焊接或断续焊接等工艺措施减小或消除焊接应力；或者采用小电流焊接规范，减小热输入，减少熔合区的白口组织及淬硬层宽度，以减小焊接应力，进而达到防止裂纹的产生。
灰铸铁焊接的热裂纹主要出现在焊缝上，当焊缝为铸铁时，采用低碳钢焊条或镍基铸铁焊条焊接材料时，焊缝区易产生热裂纹。最简单的防止方法就是增强焊缝的脱硫磷能力，或者采用冷焊工艺降低焊接应力。
3 结语
灰铸铁焊接接头裂纹倾向较大，这主要与灰铸铁自身的性能、组织、化学成分及焊接应力等因素密切相关。本文从灰铸铁自身焊接性能差及其焊接应力产生的原因和防止措施上对其组织结构进行了详细分析，最终达对灰铸铁焊缝及铸造缺陷的有效施焊，提高灰铸铁的使用性能。
参考文献：
[1]何少卿，王朝前，吴国权.药芯焊丝及应用[M].化学工业出版社，2009，3.
[2]李荣雪.金属材料焊接工艺[M].机械工业出版社，2008，1.
关键词：坡口形式；残余应力；有限元法；数值模拟
引言
在焊接结构的生产中，结构的承载能力是人们普遍关注的问题。有许多因素均对结构的承载性能发生影响，焊缝坡口形式就是其中重要的工艺参数之一。开坡口的目的在于使焊接生产过程顺利进行，确保焊接质量和接头的使用性能，减小焊接变形和焊接材料的消耗，带来良好的经济效益。焊接坡口的设计非常关键：坡口形式的选择不仅直接影响到焊接结构的生产成本，而且将直接影响到接头的化学成分、组织和力学性能[1]。坡口小的焊缝熔敷系数偏小，易形成窄而深的焊缝，影响熔池结晶，易产生区域偏析；拘束应力大时易导致焊接热裂纹的产生[2，3]。坡口加大，焊接工作量大大增加，而且接头区的焊接应力也大大增加，这对钢结构初始应力的控制极其不利，同时也增大生产成本。因此，合理确定焊缝的坡口角度是十分重要的[4]。
1 有限元数值模型
1.1 焊接工艺方案
文章的研究对象为两块25#钢的对接钢板，采用长宽高分别为300mm×100mm×6mm的钢板，选取单边V形坡口和Y形坡口在不同坡口角度下对其进行焊接[5]，坡口形式及坡口角度如图1（a）～（d）和图2（a）～（d），对产生的焊接残余应力进行分析比较，从而研究不同坡口形式对焊接残余应力大小及其分布的影响。
1.2 焊接温度场
文章的有限元模型如图3所示，选用三维用八节点六面体 SOLID70单元来进行温度场的计算。划分网格时考虑到焊接是一个高温瞬态非线性过程，在焊缝及其附近的部分用细密的网格，在远离焊缝的区域，单元网格可以划分得相对稀疏些[6]。有限元分析采用热源模型的是均匀体载荷生热率HGEN，焊缝的形成和焊接热源的移动采用单元生死方法进行模拟，在开始计算前，将焊缝中所有单元“杀死”，相当于焊前的装配状态，在计算过程中，按顺序将被“杀死”的单元“出生”，模拟焊缝金属的填充过程[7，8]。同时，给激活的单元施加上述生热率HGEN，热载荷的作用时间等于实际焊接时间。
1.3 焊接应力场
在焊接应力场分析时采用和焊接温度场同样的有限元模型，对焊件进行温度场分析后，重新进入前处理模块，将热单元SOLID70转化为对应的结构单元SOLID45。并把焊接温度场的结果作为焊接应力场的预定义场进行计算，指定塑性分析选项为经典的双线性随动强化（BKIN）模式，同时考虑材料的力学性能随温度变化的特性[9]，并定义随温度变化的屈服应力和剪切模量，设置相关的求解选项并求解。焊接应力场分析时，施加边界条件对焊件进行相应的约束。
2 计算结果与讨论
通过对试板采用单边V形坡口和Y形坡口下五种不同坡口角度连接的薄板进行焊接模拟，得到了焊接残余应力的应力分布云图。图4（a）～（e）和图5（a）～（e）为试板在单边V形焊接坡口形式下的焊后横向残余应力与纵向残余应力分布。图6（a）～（e）和图7（a）～（e）为试板在Y形焊接坡口形式下的焊后横向残余应力与纵向残余应力分布。
为了研究单边V形坡口和Y形坡口在不同坡口角度下的焊接残余应力分布大小和规律，文章分别在板件上表面平行焊缝方向取3条路径，如图8中的1～3，下文中分别用P1～P3表示，分析该路径上横向和纵向残余应力分布情况。
图9（a）～（c） 和图10（a）～（c） 分别为采用
单边V坡口焊接的试板在五种不同坡口角度下沿路径P1～P3的横向残余应力与纵向残余应力分布大小及形态。图11（a）～（c） 和图12（a）～（c） 分别为采用Y形坡口焊接的
试板在五种不同坡口角度下沿路径P1～P3的横向残余应力与纵向残余应力分布大小及形态。
从图9～图12可以看出，采用单边V形坡口焊接的板件焊后横向残余应力和纵向残余应力随着坡口角度的增大而变大，采用Y形坡口焊接的板件，其焊后横向残余应力和近焊缝区、焊缝区的纵向残余应力随着坡口角度增大而变大，这是由于焊缝体积差异导致的。当焊缝中填充材料越多，金属熔化产生的热量越大，导致焊接残余应力就越大。
对比图9和图11可以看出，在坡口角度一定时，采用单边V形坡口焊接的板件，其焊后横向残余应力普遍大于采用Y形坡口焊接的板件；对比图10和图12可以看出，在坡口角度一定时，采用单边V形坡口焊接的板件，其焊后纵向残余应力也普遍大于采用Y形坡口焊接的板件。当坡口角度一定时，单边V形坡口形式下的焊缝区体积大于Y形坡口坡口形式下的焊缝区体积。这同样表明焊缝中填充材料越多，金属熔化产生的热量越大，导致焊接残余应力就越大。
以上结果表明，对单边V形坡口和Y形坡口的不同坡口角度而言，焊接残余应力将随着坡口角度的增大普遍呈变大趋势。同时，当坡口角度一定时，单边V形坡口比Y形坡口产生的焊后残余应力大。这说明单边V形坡口和Y形坡口在不同坡口角度下，角度较小的坡口能有效降低焊件的纵向和横向残余应力；在坡口角度一定时，Y形坡口则相比于单边V形坡口更能够有效地降低焊后残余应力。
3 结束语
（1）当坡口形式一定时，随着焊接坡口角度的增大，焊后横向残余应力和纵向残余应力普遍呈变大趋势。
（2）当坡口角度一定时，Y形坡口产生的焊后残余应力小于单边
V形坡口产生的焊后残余应力。
（3）当焊缝中填充材料越多，金属熔化产生的热量越大，导致焊接残余应力就越大。选择总体积较小的焊缝，能够有效降低焊接产生的残余应力。
参考文献
[1]王诚英，尚军，张建勋，等.焊接坡口形式对不同匹配焊接接头性能的影响研究[J].机械强度，1998，20（1）：30-34.
[2]DL/T868-2004.焊接工艺评定规程[S].
[3]陈蕴博，马炜，金康.强韧微合金非调质钢的研究动向[J].机械工程材料，2001，25（3）：1-6.
[4]徐坚，李秀玲.T形角焊缝接头的坡口角度研究[J].金属铸锻焊技术，2010，39（17）：162-164.
[5]孙景荣.实用焊接手册[M].北京：化学工业出版社，2007.
[6]Artem Pilipenko. Computer simulation of residual stress and distortion of thick plates in multi-electrode submerged arc welding and their mitigation techniques[D].[Master Degree Thesis].Trondheim：Norw
egian University of Science and Technology，2001.
[7]陈家权，沈炜良，尹志新，等.基于单元生死的焊接温度场模拟计算[J].热加工工艺，2005，7：64-65.
关键词：管道焊接；质量；措施
中图分类号：TG457文献标识码： A
一、焊接的定义以及焊接应力
焊接是被焊工件的材质（材质的相同和不同），通过加热或压力两种并用，在焊接的过程中用或者不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建立，形成永久性的连接工艺。
在焊接过程中由于温度的变化产生了一定的变形，进而导致了构件产生变形。如何才能改变这种现象，这就要求在焊接的过程中，重视焊接的结构和焊接工艺，从而提高焊接的质量。首先要弄清楚产生焊接应力和变形的原因，只有这样才能更好的避免这一问题的发生，在焊接的过程中由于焊件的局部被加热到高温的状态，这样就照成了局部和整体的温度不同，在焊接中就会出现体积的变化从而产生了焊接应力。
二、焊接应力的分类和对结构性能的影响
焊接过程是一个局部加热的过程，在加热和冷却过程中，就产生了所谓的焊接应力，焊接应力又可以分为纵向焊接应力、横向焊接应力和厚度方向的应力。纵向应力是在焊接过程中钢板中会产生不均匀的温度场，在受到高温区的压力在远离焊接缝的一侧受到热力作用，焊接完毕自然冷却后在靠近焊缝区产生应力。横向应力是指在垂直情况下焊缝轴线的应力，产生横向应力的原因是焊缝的收缩产生。厚度方向的焊接应力常常发生在多层焊接中，温度由于受到不同厚度的影响，物体表面冷却时间和收缩程度不同，造成了中间层受拉力，外层承受压力。
三、管道焊接质量控制易发生的问题
1、管道焊接施工中技术员没有严格按设计要求的标准、规范和现场实际情况编制施工方案和对施工班组进行技术交底，施工单位凭经验施焊。
2、施工过程中，焊接作业人员没有取得施焊项目合格证，或没有在合格证核定的项目和规定的期限内承担焊接作业工作，造成现场质量不能处于受控状态。
3、施工现场压力管道材质种类繁多，经常有异种钢焊接，因此易产生焊接工艺参数管理失控现象。经焊接工艺评定合格的焊接工艺指导书得不到严格执行，施工工人任意改变坡口形式和尺寸，更改电流电压参数，加快焊接速度，甚至用错焊材等，使焊缝产生裂纹、咬边、气孔、夹渣、未融合等缺陷。
四、提高管道焊接质量的主要措施
管道焊接受各方面的影响比较大，实践证明，必须抓住影响焊接质量的主要因素，并采取相应的管理措施，才能使管道的焊接全过程受到有效控制，确保焊接质量。
1、焊接工艺控制
施工单位在正式施焊前，必须按标准要求进行完善的焊接工艺评定。各施工单位必须按公司的焊接工艺评定和焊接工艺指导书，结合现场实际焊接情况，编写现场焊接工艺卡；项目部技术员对施工班组进行书面的技术交底。每一个施焊的焊工和管工必须各存一份，同时送交项目部质量检查员。不同焊接工艺的管线分别编写。相同焊接工艺的管线可以写在一张表内，必须注明管线号。有特殊要求的焊接，不但注明管线号还应该注明焊口号。管工按焊接工艺卡预制管口，焊工按焊接工艺卡进行工序交接确认焊口，合格后才能按所给焊接参数和要求进行焊接。焊接质量检查员按焊接工艺卡进行检查，并做好焊接记录。
2、焊接设备控制
管道施工中，常用的焊接设备有钨极氩弧（TIG）焊机、逆变焊机、交流焊机、焊条烘干箱、无损检测设备等，保证设备处于完好状态是保证焊接质量的前提。电焊机的电压表、电流表是焊接计量仪表，应保证示数准确。焊工应熟悉所使用设备状况，事前应确认设备处于完好状态。操作时严格按操作规程进行，严禁超负荷使用，一旦发现设备性能不稳定应及时报修，使设备始终处于受控状态。
3、焊接材料控制
焊接材料是焊接质量保证的基本条件，焊接材料的质量和正确使用，直接影响到焊接质量和工程成本。因此应控制焊接材料的采购、验收、保管、发放及使用等几个环节。焊接材料必须要有质量证明书，化学成分及机械性能符合有关标准及设计文件要求，用于高温高压及有毒有害介质的合金材料还应做光谱分析确认，经检验不合格材料严禁入库和使用。现场应设立焊材一级库和二级库，库内的温度和湿度应进行有效控制，符合要求。入库的焊接材料应该经过质量检验合格，有材料标记号、建帐立卡，按品种、规格、分区堆放。焊条使用前应进行烘干并做好焊条烘干记录。焊条领出后必须立即放入保温桶，回收再利用的焊条，必须重新烘干，但同一焊条烘干次数不得超过两次。
4、焊接环境控制
焊接环境因素是制约焊接质量的重要因素之一。焊接环境要求要有适宜的环境温度、相对湿度、风速，才能保证所施焊的焊缝组织获得良好的外观成形与内在质量，具有符合要求的机械性能与金相组织。
5、加强对焊接人员管理
人在焊接过程中起了关键性的作用。为此一定要加强对焊接工程师、质检人员、无损检测人员以及焊接工人的管理和技术方面的培训。焊接工程师是管道焊接质量的主要负责人，因此，要求焊接工程师除了要具备较强的专业知识以外，还要具备丰富的焊接经验。焊接工程师要对焊接工人进行定期的培训和考核，并对焊接质检人员和焊接无损人员进行指导和监督，保证他们的工作的质量和效率。焊接质检人员和焊接无损人员的工作是非常重要的，他们的检验数据直接关系到焊接的质量问题，所以焊接质检人员和焊接无损人员须经上级主管部门培训考核合格取得相应的资格证书，并持证上岗，要求熟悉压力管道焊接的标准和规范。焊接质检人员和焊接无损人员在一定时间内要出具一定的检测数据，以便保证焊接工人能及时的弥补在焊接过程中出现的问题，减少不必要的损失。当然焊接工人在焊接的整个过程中是最关键的人员，其水平高低直接影响着焊接质量的好坏，因此要加强对焊接工人进行培训和考核。
6、焊接检验控制
施工现场焊口外观检查合格后按比例进行无损检测（RT），现场质量检查员依据技术交底和各种管线无损检测比例的要求，根据焊工焊接数量及质量，执行随机点口抽透的原则，向第三方检测公司委托检测。施工单位将要检验的焊口管线号、编号、焊工号、写在明显部位上，探伤人员保证无损检测抽透和增透比例准确，保证管道检测合格。
7、管道焊接后质量控制
（1）管线焊口核查：焊接施工结束，所有焊口外观质量，工艺配管单线图的各种标记与实际管道焊口标记、各种控制点表格的填写、检查表的记录和无损检测报告必须一致，要逐一审核。
（2）技术资料的整理：焊接资料是整个工程交工资料的一个重要组成部分，在施工过程中要认真收集、整理各种焊接资料，做到资料完整、及时、资料移交手续齐全。
结束语
随着石油用量的不断增多，石油管道的逐渐投入应用和数量的迅速发展，石油管道的焊接慢慢体现其举足轻重的作用。石油管道的需求要求管道的焊接水平也要跟上需要，因此，提高石油管道的焊接技术水平尤为关键。
参考文献
关键词：工业管道安装；焊接缺陷；防治措施
中图分类号： TU81 文献标识码： A
前言：随着经济的快速发展，我国工业建设水平也有了相当程度的提高。在当前的工业发展中，工业管道中出现的渗漏、泄露事故，其原因多数是由焊接质量不合格而引起的，因此，对于管道安装应满足较高的技术要求,在施工过程中必须严格根据施工规范与施工程序进行工业管道的安装焊接。文章针对工业管道安装中焊接的重要性，就管道焊接问题展开了探讨。
一、管道焊接施工中的缺陷
（一）焊接裂纹
裂纹是焊接中危害性最大的一种缺陷，它主要包括结晶裂纹、液化裂纹、延迟裂纹等几种形式。裂纹主要在焊接应力和其他相关因素的共同作用下，金属材料中原子结合被破坏，产生新接口的缝隙。由于其有延伸性，在焊道存在内应力的情况下裂纹会一直延伸扩展，直至焊道被破坏。裂缝是工业管道安装中，是对焊接接头中产生最大危害的缺陷，其不但难于返修，同时还会为管道运行造成直接影响，且必须割口重焊。因此，必须引起足够的重视，在长输管道的施工过程中，应全面避免裂纹缺陷的产生。
（二）未熔合
未熔合是指未能完全熔化结合，它包括两部分：焊道与母材之间或焊道与焊道之间。其主要发生在管道时钟1点钟和11点钟的接头位置及管道底部6点钟仰焊位置。未熔合可分为根部未熔合、层间未熔合、坡口未熔合三种。根部未熔合主要是打底过程中焊缝金属与母材金属以及焊缝接头未熔合、层间未熔合主要是施焊过程中层与层间的焊缝金属未熔合。坡口未熔合是焊缝金属与母材坡口之间的未熔合，其中根部未熔合出现的几率较大。未熔合易造成应力集中，危害性仅次于焊接裂纹。因此，未熔合缺陷在焊缝中是不允许存在的。
（三）焊接应力
焊接应力是由于焊后收缩受到制约造成的，制约越严重，内应力也就越大。焊接以后留下一定的残余应力是不可避免的，但是可以通过恰当的工艺措施给予一定程度的控制和调节。
（四）气孔
气孔主要是在焊接时，由于熔池金属中的气体没有在熔池凝固之前及时逸出，而残留在焊缝金属的内部或者表面，形成孔穴。气孔的大小、形状、数量等均与母材材质、焊接位置、焊条性质、焊工操作技术等有关。对于形成气孔的气体，一些是原本溶解在母材与焊条钢芯中的气体；一些则是在药皮熔化过程中产生的气体，也有些来自母材上的油垢、锈迹等受热后分解产生。
（五）夹渣
夹渣是指焊缝中存在的熔渣、铁锈或其他物质，在焊道根部、层间均可能存在，最常见的就是层间夹渣。夹渣形状不同，大小不一，其中危害最大的就是呈尖锐形的夹渣，影响焊道的塑性，尤其是在焊道受拉应力时产生严重的应力集中。《在用工业管道定期检验规程》中规定GCZ级或GC3级管道，当夹渣自身高度或宽度的最大值不大于.035t，并且不大于6~时，按表1定级;否则定为4级。预防措施：(1)多层焊时，焊丝、焊条等产生的熔渣要清理干净，避免熔渣埋入焊道；(2)避免焊接电流较小，导致熔渣不能充分融化而浮出熔池；(3)如果坡口太小或上层焊道与坡口间形成了夹角，熔渣因不能充分融化而浮出熔池。
三、防范管道焊接缺陷的有效对策
（一）提高管道焊接工艺
1、选择合适的坡口角度与装配间隙；选择合理的焊接电流，同时要求施工操作者对运条方式、焊条或者焊把的速度与角度等充分掌握，以满足焊件装配的间隙变化，确保焊接缝均匀。当焊角焊缝时，应注意保持正确的角度，避免焊缝尺寸不满足要求。
2、引弧时，尽量拉长电弧，通过预热的形式逐渐形成熔池；在收弧时，应将焊条在熔池中短暂停留，或者进行几次环形运条处理，以保证足够的焊条金属将熔池填满，以避免焊缝收尾的位置产生弧坑。
3、将坡口和焊层之间的熔渣认真清理干净，并铲平凹凸处，再进行焊接。适当加大焊接的电流，必要时则缩短电弧长度，并提高电弧停留时间。根据熔化的实际情况，适当调整焊条角度与运条方法，让熔渣上浮到铁水表面；正确选择焊条金属的母材与化学成分，以降低熔渣的熔点与粘度，避免产生夹渣缺陷。
4、在焊接前，做好准备工作。清除坡口两侧约 20-30mm 范围内的焊件表面油污；在焊接前，将焊条根据说明书中规定的时间与温度进行烘干，并选择符合规定的焊接方式。如果使用碱性焊条施焊，应尽量控制电弧长度，在风大的情况下则采取防风手段；如果焊条产生焊心锈蚀，且药皮开裂、变质、剥落、偏心时，都不能再使用，以避免气孔的产生。
5、选择合适的优质链条及焊接规范，合理安排焊接的次序与方向，减少焊接应力。另外，在焊接前还应对坡口周围的水、锈、油等污物进行认真清除，避免产生裂纹。
（二）焊接应力措施
采用预热法、同步收缩法等措施控制焊接应力。管道焊接中，焊接温差越大，残余应力越大，同时从组织转变来说，冷却越快组织应力也越大。预热可减小温差和减慢冷却速度，从而减小焊接应力。同时，焊缝的收缩受到旁边冷金属的牵制而形成拉应力，有效区段旁边的较冷的金属不允许它收缩而形成较大的应力，采取适当的工艺措施，使能允许它或者部分允许它收缩，就可以免除或者部分地免除残余应力。同步收缩法就是基于这个原理所采取的工艺措施。施工中，采用合理的焊接次序，尽量使焊缝能比较自由的收缩，特别是那些收缩比较大，残余应力比较大的焊缝，也可以实现控制焊接应力的目的。
（三）推广先进设备的应用
在检修装置时，为了确保工业管道的焊接质量，提高施工单位的整改标准、改善不合格工序，质量检查人员应使用数码相机查出现场存在的低标准问题，并制成幻灯片在检修会上重点通报，促进施工人员自我查找、自我回馈、自我整改，从根本上提高焊接质量。
（四）采用高效焊接法
在全焊结构管道中，焊接工作强度也随之加强，并且质量标准更高。但是通过多年来焊接工作者积累的丰富经验，目前全焊结构管道已经获得客观技术的进步。在生产过程中，大直径厚壁管的管道要求最为严格，主要运用将钢板压制成形的方式，确保管道正常发挥使用性能。
（五）加强焊接的全过程控制
由于管道焊接施工人员的技术水平与责任心等因素都直接影响着管道焊接的整体质量，因此重视对施工人员的监督就非常重要，效果也较为理想，由此，质量检查人员的责任也就凸显出来。为有效防止管道焊接缺陷的发生，质量检查小组应在焊接施工中要求全体人员参加到焊接质量控制管理之中。如看火员的焊接质量，要求其必须随时对焊接过程中可能出现缺陷的控制点加强检查，以及机动处设备管理人员、车间设备管理人员的执行情况进行定期或不定期抽查等。对于查出的问题，需要填写检修质量定期整改报告，并及时反馈回施工单位，限令整改等，在整改期满后，严格对施工单位进行复检，从材料入库、坡口加工、管道预制再到焊接的全过程加强控制管理，特别是提高焊接的工艺要求执行水平。对管道安装过程中焊接工艺的确定，要充分考虑其施工现场的实际情况，同时还应严格遵守规章制度，并在检修过程中，加强施工方质检人员与厂方质检人员的配合，定期开展联合检查，对于查出来的焊接缺陷问题及时提出并整改。
结语：总之，对于工业管道安装过程中所存在的焊接缺陷，还需要施工单位能够将本职工作充分落实到位，并根据管道工程的实际规模，进行合理的规划，在确保焊接工作顺利进行的同时，也为今后管道的投入使用打下良好基础。
参考文献
[1] 岳明彦.浅谈工业管道安装过程中的焊接缺陷及对策[J].价值工程，2012，（6）.
【关键词】铸铁件；手弧焊；冷焊；补焊
1、前言
铸铁工件的种类很多，用途也较广泛。根据铸铁的焊接特点，对铸铁件采用相应的焊补工艺进行焊补，以减少焊缝形成白口及淬硬组织，避免产生裂纹和气孔。提高铸铁设备（件）的使用周期，降低焊补成本。本文从铸铁的种类和性能、焊接设备、材料和焊接工艺、注意事项等方面介绍了铸铁电弧冷焊的焊补工艺技术。
2、铸铁的种类和性能
2.1铸铁的分类
铸铁是含碳量大于2.11﹪或具有共晶组织，且含有一定量的硅、锰元素及硫、磷杂质的铁碳合金。有时还可加入各种合金元素，以获得具有特殊性能的合金铸铁。在Fe-C二元合金系中，按稳定系相同，根据碳含量的不同，铸铁可分为：亚共晶铸铁ω（C）﹤4.26﹪、共晶铸铁ω（C）=4.26﹪、过共晶铸铁ω（C）﹥4.26﹪。按碳在铸铁中的存在状态、形式和生产方法的不同，可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及合金铸铁五类 。
2.2铸铁的焊接性
铸铁的化学成分特点是碳及硫、磷杂质含量高。焊接过程中，因相变速度快而产生的组织应力大，增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及对冷，热裂纹的敏感性；力学性能特点是强度低，基本无塑性。且由于焊接过程是不均匀的快速加热和冷却过程，易产生较大的焊接应力，使焊接接头容易产生白口及淬硬组织，易产生裂纹。因此，铸铁的焊接性较差。
3、铸铁电弧冷焊的优点及工艺要点
3.1铸铁电弧冷焊的优点
铸铁异质焊缝电弧冷焊的优点是焊前对被焊工件不预热，使焊接工艺过程大大减化，不仅降低了焊补成本，改善了焊工的劳动条件，而且提高了焊补效率。此外，电弧冷焊还具有适用范围广，可进行全位置焊接等特点。对于大型铸件或不能预热的已加工面更适于采用电弧冷焊。所以铸铁电弧冷焊是一个发展方向。
3.2铸铁电弧冷焊的工艺要点
铸铁电弧冷焊可分为，同质（铸铁型）焊缝和异质（非铸铁型）焊缝。异质焊缝要获得好的焊接质量，不仅要根据焊补要求正确选择焊接材料，而且要注意掌握焊补工艺要点。异质焊缝电弧冷焊的工艺要点可总结为：“短段、断续分散焊，较小电流熔深浅，焊后锤击消应力，退火焊道前段软。”异质焊接材料电弧冷焊的重点仍是防止裂纹，减少白口及淬硬组织的产生。在保证电弧稳定的情况下采用小直径焊条，小电流快速焊，以减少母材在焊缝中的熔合比，降低焊缝中碳、硫、磷等有害杂质的含量，提高焊缝质量。同时，减少了焊接热输入及焊接应力，防止裂纹的产生。异质焊缝电弧冷焊主要是通过调整焊缝化学成分，来改善接头的组织和性能。
4、焊接设备和材料的选用
4.1推荐使用直流弧焊机并采取反接法（工件接负极，焊条接正极）这样可使焊接电弧稳定，满足低氢型碱性焊条的工作条件。如采用交流焊机，则空载电压需在75V以上。
4.2使用的焊条既要达到焊补后无白口和裂纹的效果，还要价格低，易于购买。因此，推荐使用J507或J506型碳素结构钢焊条修补铸铁管和铸铁阀门裂纹，选用J422型焊条堆焊，还可代替专用焊条开裂纹坡口。上述几种焊条含硫、磷等杂质少，因而焊缝的抗裂性、塑性和韧性都较好。但这些焊条易受潮，使用前需将J507、J506型焊条在350-400℃下烘焙2h，J422型焊条在70-150℃下烘焙1h。推荐使用镍基EZNi-1（308）焊条修补缸体，焊前应将焊条在150℃下烘焙2h。
5、焊前准备
5.1认真检查缺陷，清除油污，详细检查裂纹，为防止焊补过程中裂纹扩展，应在裂纹两端3--5mm处钻Φ5-φ8mm的止裂孔。
5.2当焊件厚度或缺陷深度大于5mm应开坡口，用直径3.2mm的J422焊条手工电弧开80°U形坡口，坡口底部应平整，其深度为焊件厚度的2/3，切割电流为150-160A。坡口开好后，用凿子剔除坡口及附近的飞溅，用钢刷清理坡口，使其露出金属光泽。
6、焊接工艺措施及工艺参数
6.1采用异质焊接材料手工电弧冷焊的工艺措施
为防止裂纹，减少白口及淬硬组织的产生。应采用小直径焊条、小电流、快速焊，同时，采用短段、断续分散焊、多层多道焊及焊后锤击消应力。以控制焊接热输入，减小焊接应力及热影响区的宽度，防止产生裂纹，减少最易形成白口的半熔化区的宽度，使白口层变得薄些。
为减少焊接热输入，降低焊补温度，多层焊层间温度应控制在（50-60℃）以下。每层焊缝要薄。不作横向摆动。以降低应力及减少半熔化区的宽度。焊缝越长，所承受的拉应力越大，故采用短段焊有利于降低焊缝应力状态，减少焊缝发生裂纹的可能性。一般每段焊缝长度，薄壁件为10—20mm，厚壁件为30-40mm。焊后应立即用小锤快速敲击处于高温而具有较高塑性的焊缝，以松驰焊补区的应力，防止裂纹的产生。运用退火焊道的方法。当补焊加工面的线状缺陷时，可采用退火焊道的方法以改善补焊区的切削加工性能。为避免焊件局部过热而增大焊接应力，应采用分散焊法。对大厚件多层焊应合理按排多层焊焊接顺序。必要时可在坡口表面焊过渡层，可有效的防止焊缝剥离。
6.2焊接工艺参数
焊接电流：详细参数见表一。
坡口角度：非穿透性缺陷深度﹤15mm的坡口角度应为70-80°，缺陷深度﹥15mm的坡口宽度应为15-25mm。穿透性缺陷，壁厚﹤15mm的坡口角度为70-80°，钝边为2-3mm，壁厚﹥15mm的可开双面坡开，坡口角度为70-80°。
焊条与电流匹配参数表 （表一）
焊条直径（mm） 2.0 2.5 3.2 4.0
电 流 （A） 40--60 50--80 100--120 130--190
注意事项
1.严格控制母材在焊缝中的熔合比。采用小的坡口角度、焊条直径、焊接电流，适当提高焊速，控制每段焊缝长度，控制层间温度，每层焊道要薄，以减少焊接热输入。2.焊后应立即用小锤快速敲击处于高温而具有较高塑性的焊缝，以松驰焊补区的应力，如果坡口底部锤击不便，可锤击钝刃扁铲，以消除焊接应力。
结论
铸铁冷焊技术不仅强度可靠，效率高，成本低，修复速度快，并且还可对某些大型铸铁件在不拆卸的情况下，进行全位置焊补修复，工件不易变形，焊工劳动条件好等优点。焊缝强度能满足使用要求，保证了铸铁焊补的施工质量，技术效果及经济、社会效益十分显著。
参考文献
[1]《焊接技术》杂志.天津市焊接研究所.天津
[2]《焊接》杂志.机械工程学会焊接学会.哈尔滨焊接研究所
