焊接為什麼會翹？變形最小化設計·施工策略

焊接為什麼會變形？焊道金屬熔化後凝固會收縮。不均勻的收縮就讓構件彎曲、扭曲。理解這個機制才能在設計階段就預測、預防。大型焊接工廠的設計準則中，焊接變形預測通常是必做項目。CNS 14834 跟 ISO 9692 規範了焊接接頭的標準準備尺寸。

1. 焊接變形的三種類型

• 角變形：填角焊後兩構件互相拉近；對接焊後板材弓起。
• 縱向收縮：沿焊道方向的整體長度縮減。
• 橫向收縮：垂直於焊道方向的間距收縮。

2. 反變形（預變形）技術

變形可預測時，預先把接頭朝反方向傾斜，焊後就會回歸正確位置。

• 範例：T 型填角焊中垂直板會往內拉，焊前先向外傾斜 3-5° 再夾固。
• 要靠經驗值判斷：先對試片用相同條件焊接、量變形量，再決定反變形量。造船與大型結構廠通常都有內部試片資料庫。

3. 焊接順序設計

• 對稱順序：從結構物中心向兩側交替施焊。只焊一側會把結構拉往該側。
• 退焊法（Backstep Welding）：用跟整體行進方向相反的短焊道堆疊——收縮互相抵消。
• 避免非對稱焊道：焊道集中在一側的設計必然大變形。能的話改雙面焊。厚板結構物的標準作法即是如此。

4. 治具跟夾具

• 用剛性治具拘束構件可抑制變形——但殘留應力會增加，要納入考量。
• 強背板（Strongback）：板材焊接時臨時焊上補強件防止翹曲，冷卻後再移除。大型船板焊接典型應用此手法。

5. 最小化熱輸入

• 減少焊接道數，降低每道的熱輸入量（降低電流、加快行進速度）。
• 預熱是為了防止裂紋——不是為了減少變形。事實上，更大的熱膨脹反而可能加劇變形。CNS 13021 規範了焊前預熱條件。