如何减少机械架构件焊接加工过程中的变形？

在机械架构件焊接加工过程中，减少焊接变形是保证构件质量的关键。以下是一些有效的方法：

一、焊接工艺设计方面

合理选择焊接方法

不同的焊接方法产生的热输入不同，热输入越小，焊接变形相对越小。例如，气体保护焊（如氩弧焊、二氧化碳气体保护焊）的热输入通常比手工电弧焊小。对于薄板或对变形要求严格的机械架构件，优先选用热输入小的焊接方法。

激光焊接和电子束焊接是高能量密度的焊接方法，热影响区非常窄，焊接变形极小。在一些高精度机械架构件焊接中，如航空航天领域的零部件焊接，这些方法能有效控制变形。

优化焊接顺序

对于具有多个焊接接头的机械架构件，采用合理的焊接顺序可以减少变形。例如，对于一个箱型结构构件，应先焊接结构内部的焊缝，再焊接外部的焊缝。这样可以使内部焊缝产生的变形在一定程度上被外部焊缝的焊接所抵消。

采用对称焊接的方式，当构件有对称的焊缝时，同时进行对称位置的焊接。比如焊接一个工字梁的上下翼缘和腹板之间的角焊缝时，同时对上下两条角焊缝进行焊接，可以有效减少因热应力不均衡而产生的弯曲变形。

适当的焊接参数调整

降低焊接电流、电压和焊接速度等参数可以减少热输入，从而减小焊接变形。但是，这需要在保证焊缝质量的前提下进行。例如，在手工电弧焊中，适当降低焊接电流可以减少焊缝的熔深和熔宽，进而减少热影响区的范围和变形程度。

对于多层多道焊接，合理控制每层每道焊缝的尺寸也很重要。每层焊缝的厚度不宜过大，一般控制在 3 - 5mm，这样可以减少单次热输入，降低焊接变形。

二、焊接前的预处理方面

预变形法

根据构件的形状和焊接工艺预测焊接变形的方向和大小，在焊接前对构件施加一个与焊接变形方向相反的预变形。例如，对于容易产生弯曲变形的细长杆件，在焊接前将其预先弯曲成一个与预期焊接变形相反的弧度。焊接完成后，构件会在一定程度上恢复到原来的形状，从而减少最终的变形量。

对于一些平板对接焊接，可以采用反变形法，将焊件预先向上拱起一定的角度，通常这个角度根据经验或试验来确定。在焊接后，由于焊接收缩变形，焊件可能会恢复到较为平整的状态。

刚性固定法

在焊接前，使用夹具、定位焊或其他固定装置将焊件刚性固定，限制焊件在焊接过程中的变形。例如，在焊接一个薄板拼接构件时，用夹具将薄板夹紧，使其在焊接过程中不能自由收缩，从而减少变形。

对于小型机械架构件，可以采用临时点焊加强筋的方式进行刚性固定。加强筋可以在焊接完成后拆除，这种方法可以有效防止构件在焊接过程中发生扭曲或弯曲变形。

预留收缩余量

根据构件的材料、尺寸和焊接工艺，预估焊接过程中的收缩量，并在构件下料或加工时预留一定的收缩余量。例如，对于碳钢焊接，焊缝的纵向收缩量大约为每米焊缝长度收缩 0.15 - 0.3mm，横向收缩量大约为每毫米焊缝宽度收缩 0.2 - 0.5mm。在设计构件尺寸时，考虑这些收缩量，适当增加构件的原始尺寸，以保证焊接后的构件尺寸符合要求。

三、焊接过程中的辅助措施方面

采用散热措施

在焊接过程中，对焊件的非焊接部位进行冷却，可以有效减少热影响区的范围和焊接变形。例如，使用水冷铜块或风冷装置对焊件周围进行冷却。水冷铜块可以放置在焊件靠近焊缝的位置，吸收焊接过程中的热量，但要注意避免水接触到焊缝，以免影响焊缝质量。

对于一些小型机械架构件，也可以采用间接冷却的方式，如在焊件下方放置散热性能良好的材料（如铝板），通过铝板将热量传导出去，从而降低焊件的温度，减少变形。

锤击焊缝法

在焊缝金属凝固后，用小锤轻击焊缝，使焊缝金属产生一定的塑性变形，从而释放部分焊接应力。锤击的力度要适中，避免损伤焊缝。一般采用圆头小锤，从焊缝的起始端向末端依次进行锤击。

锤击焊缝的时间间隔也很重要，通常在每层焊缝焊接完成后，待焊缝冷却到一定温度（一般为不烫手的温度）后进行锤击，这样可以有效地减少焊接残余应力和变形。