大庆油田建设集团有限责任公司建材公司预制厂管道二车间焊工班组黑龙江大庆市163000
摘要：影响焊接质量的因素有很多，且影响机制非常复杂。在实际生产过程中，当材料、焊接工艺确定的情况下，焊接质量主要取决于焊接工艺参数的选择。而各个工艺参数之间的合理配置对提高焊接工作效率具有重要作用。国内外的研究和应用表明，只要焊接工艺参数合理，保证焊接接头可以具有良好的性能。基于此，本文主要对不同点固焊接形式对焊接变形和残余应力的影响进行了简要的分析，以供参考。
关键词：点固焊接形式；焊接变形；残余应力；影响
引言
焊接质量的好坏直接影响到加工余量、装配精度、产品性能和使用寿命。如何提高焊接质量，有效控制焊接变形和残余应力，已成为当前工程应用中亟待解块的难题。
1有限元模型
焊接过程模拟关键是建立精确的有限元模型，包括合理的网格模型、材料的热物理及力学特性参数、热力边界条件。利用HyperMesh强大的网格化分功能对模型进行单元网格划分，为保证模型的计算精度与计算效率，采用网格过渡形式进行划分，焊缝和热影响区附近网格比较细密，控制在2mm，远离焊缝的母材区域网格较为稀疏，控制在6mm。为避免出现剪切自锁和少漏现象，在厚度方向上母材区域网格确保为2～3层。单元类型选择八节点六面体实体单元，模型共划分为16552个20节点单元，76783个节点。模拟采用的材料为较为普遍使用的Q345低合金高强度结构钢，本文选择Goldark双椭球体热源物理模型模拟MAG焊接热源，采用温度均匀热源加载方式，作为焊接热源边界条件。由于实际焊接过程中工件表面与周围环境之间存在温度差异，通过对流和辐射2种力式进行热交换，周围环境温度设为20℃，工件表而换热系数，采用位移约束定义模型的力学边界条件。
2不同点固焊接形式对焊接变形和残余应力的影响
2.1纵向残余应力
纵向残余应力沿横向的分布。两种约束条件下纵向应力的横向分布趋势相同，在0-20mm范围内，始终表现为较大的纵向拉应力状态，且随着距焊趾距离的增加，纵向拉应力均呈先增大后减小趋势。在：20-50mm范围内，随着距焊趾距离的增加，纵向应力值持续减小并由拉应力转变为压应力状态，在50mm处纵向压应力值达到最大。距离大于50mm的区域，受温度影响较小，且温度较低，因此应力梯度很小，并随着距离的增加应力值趋于稳定，逐渐恢复至母材初始应力状态。反变形法的最大纵向拉应力和最大纵向压应力值均大于背板约束法，这主要是由于反变形法在母材边缘沿焊缝方向将母材和基板焊接在一起，接头的纵向收缩存在约束，而背板约束法仅对角变形进行约束而没有纵向的约束，因此反变形法的纵向残余拉应力大于背板约束法的纵向残余拉应力，而在距焊趾：50mm附近的区域，为了平衡近焊缝区域较高的拉应力，因此反变形法的纵向压应力值也大于背板约束法。同时由于反变形法的母材焊接前的去应力退火温度较低，因此在板材表面依然保留着初始压应力，导致距焊缝较远、受温度影响较小的区域的纵向压应力值大于背板约束法。
以纵向残余应力在横向力向的最大值处为基准点，平行于焊接方向进行纵向残余应力的测量，研究纵向残余应力沿纵向的分布。两种约束条件下纵向残余应力沿纵向的分布情况相同焊缝起弧端附近拉应力较小，随着距焊缝起弧端距离的增加，拉应力迅速增大，并在焊缝中段基本保持稳定，在焊缝后半段拉应力逐渐降低，并在收弧端附近接近初始应力状态。两者在焊缝中段应力值的不同主要是由于纵向应力测量点与焊趾处的距离不同背板约束的应力测量点距焊趾10mm，大于反变形珐的5mm，因此测得的应力值较低，且焊缝中段应力值稳定区域也较小。综合纵向应力在横向和纵向的分布情况，约束条件的改变对板材高温区域的纵向约束基本相同，因此纵向残余应力分布情况相同，改变约束条件对纵向残余应力影响不大。
2.2横向残余应力
横向残余应力随着距焊趾的距离增加呈先增大后减小的趋势，且均在距焊趾处5mm的位置达到最大拉应力值。在0～30mm范围内，反变形约束条件下的横向残余拉应力大于背板约束的横向残余拉应力，这是由于反变形法是将平行于焊缝的板材侧面进行了约束，严重限制了板材的横向冷却收缩，因此其残余拉应力值大于背板约束条件下的横向残余应力。距离大于30mm区域，随着距焊趾处的距离增加，反变形条件下的残余应力值降低至母材初始应力状态，并保持不变，而在背板约束条件下，焊缝附近的拉应力使构件整体有V形角变形的倾向，但由于不能自由变形，在构件上发面引入了附加的横向抗应力，因此在远离焊缝区域内依然存在横向拉应力。
3C02气体保护自动焊对焊接变形的控制
3.1C02气体保护自动焊施工工艺
C02气体保护焊是一种高效焊接方法，适用范围广，厚度不限，可进行全位置焊，可焊1mm以下薄板，根据内河船厂的实际情况，使用Φ1.2mrn细丝，国产C02焊机加辅助装置，焊接上层建筑薄板，获得理想的效果。
3.2C02自动气保护焊减少焊接变形的原因
1）采用压力架辅助焊接装置“屋顶形”变形是对接缝的特殊变形型式，在压力架下施行C02焊对接缝之所以能减少“屋顶形”，是由于压力架压紧块的刚性固定作用，压力架装置将拼接的两板定位，压紧。使得纵向收缩引起的弯曲变形减少，横向收缩在两端的差值也减少，压缩空气顶住铜衬垫对准缝口，以保证反面的焊缝成型。
2）采用减少线能量输入的焊接工艺佐藤等人做过试验，横向变形与单位厚度的线能量成正比，C02气体保护焊的线能量比传统工艺小得多，产生的横向变形小，其“屋顶形”变形自然也小得多。
结束语
本文对不同点固焊接形式对焊接变形与残余应力的影响进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。