淺談鋼結(jié)構(gòu)焊接變形和焊接應(yīng)力

1、淺談鋼結(jié)構(gòu)變形的控制由于現(xiàn)今鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展極其快速，各種焊接機(jī)械、焊接方法日新月異。但在施工過(guò)程中，由于焊接過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和焊接熱過(guò)程引起的焊件的變形，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量、工程進(jìn)度和焊接的使用功能。因?yàn)槲姨幊袚?dān)制作了馬來(lái)西亞電解槽長(zhǎng)側(cè)、短側(cè)等鋼構(gòu)件。雖然電解槽殼總體上對(duì)變形誤差要求不高，設(shè)計(jì)上一些尺寸的允許偏差甚至達(dá)到±20mm，但有些誤差卻要求只能是負(fù)差。而且我們前期制作能控制好變形，減少誤差，將能使后期的安裝效率增加，并能節(jié)省安裝調(diào)整所用的材料，達(dá)到時(shí)間和金錢(qián)的雙贏。下面我根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和平時(shí)學(xué)習(xí)到的一些理論知識(shí)，談一下鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力和變形的知識(shí)，由于經(jīng)驗(yàn)淺薄，不足之處請(qǐng)大家指正

2、。 鋼結(jié)構(gòu)焊接工程實(shí)際上是在焊件局部區(qū)域加熱后又冷卻凝固的熱過(guò)程，但由于不均勻溫度場(chǎng)以及由它引起的局部塑性變形和組織間比容不同，導(dǎo)致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使從而使焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力而引起焊接變形。在馬來(lái)西亞工程中，長(zhǎng)側(cè)等焊件的外型尺寸較大、形狀多樣、焊縫多、焊接位置不對(duì)稱(chēng)等因素都能引起焊接變形。當(dāng)焊接引起的不均勻溫度場(chǎng)尚未消失時(shí)，焊件中的這種應(yīng)力和變形稱(chēng)為瞬態(tài)焊接應(yīng)力和變形；焊接溫度場(chǎng)消失后的應(yīng)力和變形稱(chēng)為殘余焊接應(yīng)力和變形。常見(jiàn)的焊接應(yīng)力有：1）縱向應(yīng)力（圖一）；2）橫向應(yīng)力（圖二）；3）厚度方向應(yīng)力（圖三）；由這應(yīng)力引起的焊接變形有：1)縱向收縮變形：沿焊縫長(zhǎng)度方向的收縮；2)橫向

3、收縮變形：垂直于焊縫方向的橫向收縮；3)角變形：繞焊縫軸線的角位移；4)撓曲變形：構(gòu)件中性軸上下部對(duì)稱(chēng)的收縮引起的彎曲變形；5)失穩(wěn)變形：薄壁結(jié)構(gòu)在焊接殘余壓應(yīng)力的作用下，局部失穩(wěn)而產(chǎn)生波浪形；6)錯(cuò)邊變形：焊接邊緣在焊接過(guò)程中，因膨脹不一致而產(chǎn)生的厚度方向的錯(cuò)邊；7）扭曲變形：由于裝備不良、施焊程序不合理而使焊縫的縱向、橫向收縮沒(méi)有規(guī)律所引起的變形。在馬來(lái)西亞工程中，長(zhǎng)側(cè)等焊件常見(jiàn)的是：1)縱向收縮變形；2)橫向收縮變形；3)角變形；4)撓曲變形；5）扭曲變形。 一、 焊接變形的控制 要有效地控制焊接變形，就要了解焊接變形產(chǎn)生的原因： 1）焊件的剛性小或不均勻，焊后收縮，變形不一致；2）焊件

4、本身焊縫布置不均，導(dǎo)致收縮不均勻，焊縫多的部位收縮大、變形也大；3） 焊接人員操作不當(dāng)，未對(duì)稱(chēng)分層、分段、間斷施焊，焊接電流、速度、方向不一致，造成加工件變形不一致； 4） 焊接時(shí)咬肉過(guò)大，引起焊接應(yīng)力集中和過(guò)量變形；5） 焊件放置不平，應(yīng)力集中釋放時(shí)引起變形在工程焊接實(shí)踐中，由于各種條件因素的綜合作用，焊接殘余變形的規(guī)律比較復(fù)雜，所以本工程的鋼結(jié)構(gòu)焊接在長(zhǎng)期摸索實(shí)踐中，逐漸形成以下控制焊接變形的措施：1) 合理設(shè)置坡口可以有效減小焊接變形。如對(duì)于拼接焊縫，特別是厚板的拼接焊縫，為了減少焊后變形，可將坡口設(shè)置成非對(duì)稱(chēng)坡口，如圖：具體方法是：先焊坡口較深一側(cè)的1/3,翻轉(zhuǎn)背面焊接完成后，在翻過(guò)來(lái)

5、焊接剩余的2/3。兩次翻轉(zhuǎn)焊接完成整條拼縫。根據(jù)我自己的實(shí)踐，工期要求緊張的情況下，也可先焊較淺一側(cè)，最后翻面焊接較深側(cè)。 2)減小焊縫截面積，在得到完整、無(wú)超標(biāo)缺陷焊縫的前提下，要求焊工盡可能采用較小的坡口尺寸(角度和間隙)進(jìn)行焊接。   3)采用熱輸入較小的CO2氣體保護(hù)焊。  4)雙面均可焊接操作時(shí)，要采用雙面對(duì)稱(chēng)坡口，并在多層焊時(shí)采用與構(gòu)件中和軸對(duì)稱(chēng)的焊接順序。   5)長(zhǎng)側(cè)上的小部件組焊矯正后，在進(jìn)行裝配焊接，以減小整體的變形。   6)對(duì)于長(zhǎng)側(cè)等變形較大的焊件，采用剛性?shī)A具固定法控制焊后變形。 7）采用反變形措施

6、，反變形措施常用在角焊縫的焊接中。一般通過(guò)焊接熱輸入精確計(jì)算變形量。  8)對(duì)于長(zhǎng)構(gòu)件的扭曲，主要靠提高板材平整度和構(gòu)件組裝精度，使坡口角度和間隙準(zhǔn)確，電弧的指向或?qū)χ袦?zhǔn)確，以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構(gòu)件長(zhǎng)度方向一致。 9)要采取合理的焊接順序，以減少變形。例如筋板焊接時(shí)，要求焊工先焊主焊縫后焊次要焊縫，先焊對(duì)稱(chēng)部位的焊縫后焊非對(duì)稱(chēng)焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對(duì)接焊縫后焊角焊縫。焊接長(zhǎng)側(cè)時(shí)應(yīng)從構(gòu)件的中軸向兩側(cè)退焊，焊接時(shí)人員應(yīng)對(duì)稱(chēng)分散布置，避免熱量集中引起變形。二、焊接應(yīng)力的控制構(gòu)件焊接時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)內(nèi)應(yīng)力，焊接后也會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，并產(chǎn)生殘余變

7、形，這是不可避免的現(xiàn)象。如果構(gòu)件變形控制很小，但卻產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力時(shí)，可能產(chǎn)生裂紋。所以，焊接應(yīng)力和焊接變形的控制一樣重要而且必要，通過(guò)一段時(shí)期的施工和學(xué)習(xí)資料，逐漸總結(jié)出一些控制應(yīng)力的措施：1) 嚴(yán)格要求焊工按照設(shè)計(jì)要求的焊縫焊接，質(zhì)檢時(shí)要轉(zhuǎn)變焊縫越大越安全的觀念，因?yàn)榍懊嫣岬胶附討?yīng)力是由焊接區(qū)域熱脹冷縮形成的，焊接區(qū)域越小，熱輸入就越小，變形就越小。2) 采取合理的焊接順序：在焊縫較多的組裝條件下，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件形狀和焊縫的布置，采取先焊收縮量較大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫；先焊拘束度較大而不能自由收縮的焊縫，后焊拘束度較小而能自由收縮的焊縫的原則；3) 對(duì)于長(zhǎng)焊縫，在可能的情況下將連續(xù)焊改為分段焊接，分段焊接時(shí)在接頭處要交錯(cuò)覆蓋對(duì)方的接頭，避免接頭對(duì)齊。分段焊時(shí)注意焊接變形，溫度太高時(shí)要停下來(lái)緩冷或翻轉(zhuǎn)焊接背面；多件焊接時(shí)要先焊拘束度打的構(gòu)件，后焊拘束度小的的構(gòu)件。4) 采用熱處理（高溫回火）消除殘余應(yīng)力，也可用機(jī)械方法均勻敲打來(lái)抵消構(gòu)件的焊接應(yīng)力。采用熱處理技能消除應(yīng)力，也能消除變形，又能防止產(chǎn)生裂紋。在工程中，因?yàn)椴牧系亩逊呕蛘呤┕み^(guò)程中的失誤導(dǎo)致部分構(gòu)件的較大變形，常采用熱處理的方式進(jìn)行處理，都取得了較好的效果