鋼結(jié)構(gòu)焊接變形影響因素和控制措施

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1、鋼結(jié)構(gòu)焊接變形影響因素和控制措施　　摘要：針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)工程焊接技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，根據(jù)多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要闡述實(shí)用焊接變形的影響因素及控制措施和方法。關(guān)鍵詞：焊接變形；影響因素；控制措施焊接變形是焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題,它不但影響焊接結(jié)構(gòu)的尺寸準(zhǔn)確和外形美觀,而且有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力,引起事故。當(dāng)結(jié)構(gòu)件上出現(xiàn)了焊接變形時(shí),就需要花許多工時(shí)去矯正。比較復(fù)雜的變形,矯正的工作量可能比焊接工作量還要大。當(dāng)變形太大,無(wú)法矯正時(shí),就造成了廢品。因此掌握焊接變形的影響因素和規(guī)律對(duì)控制焊接變形具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1焊接變形的影響因素焊接變形可以分為在焊接熱過(guò)程中發(fā)生的瞬態(tài)熱變形和在室溫條

2、件下的殘余變形。影響焊接變形的因素很多，但歸納起來(lái)主要有材料、結(jié)構(gòu)和工藝3個(gè)方面。61.1材料因素的影響材料對(duì)于焊接變形的影響不僅和焊接材料有關(guān)，而且和母材也有關(guān)系，材料的熱物理性能參數(shù)和力學(xué)性能參數(shù)都對(duì)焊接變形的產(chǎn)生過(guò)程有重要的影響。其中熱物理性能參數(shù)的影響主要體現(xiàn)在熱傳導(dǎo)系數(shù)上，一般熱傳導(dǎo)系數(shù)越小，溫度梯度越大，焊接變形越顯著。力學(xué)性能對(duì)焊接變形的影響比較復(fù)雜，熱膨脹系數(shù)的影響最為明顯，隨著熱膨脹系數(shù)的增加焊接變形相應(yīng)增加。同時(shí)材料在高溫區(qū)的屈服極限和彈性模量及其隨溫度的變化率也起著十分重要的作用，一般情況下，隨著彈性模量的增大，焊接變形隨之減少而較高的屈服極限會(huì)引起較高的殘余應(yīng)力，

3、焊接結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的變形能量也會(huì)因此而增大，從而可能促使脆性斷裂，此外，由于塑性應(yīng)變較小且塑性區(qū)范圍不大，因而焊接變形得以減少。1.2結(jié)構(gòu)因素的影響焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)焊接變形的影響最關(guān)鍵，也是最復(fù)雜的因素。其總體原則是隨拘束度的增加，焊接殘余應(yīng)力增加，而焊接變形則相應(yīng)減少。結(jié)構(gòu)在焊接變形過(guò)程中，工件本身的拘束度是不斷變化著的，因此自身為變拘束結(jié)構(gòu)，同時(shí)還受到外加拘束的影響。一般情況下復(fù)雜結(jié)構(gòu)自身的拘束作用在焊接過(guò)程中占據(jù)主導(dǎo)地位，而結(jié)構(gòu)本身在焊接過(guò)程中的拘束度變化情況隨結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的增加而增加，在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，常需要采用筋板或加強(qiáng)板來(lái)提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛性，這樣做不但增加了裝配和焊接工作量，而

4、且在某些區(qū)域，如筋板、加強(qiáng)板等，拘束度發(fā)生較大的變化，給焊接變形分析與控制帶來(lái)了一定的難度。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)結(jié)構(gòu)板的厚度及筋板或加強(qiáng)筋的位置數(shù)量等進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)減小焊接變形有著十分重要的作用。61.3工藝因素的影響焊接工藝對(duì)焊接變形的影響方面很多，例如焊接方法、焊接輸入電流電壓量、構(gòu)件的定位或固定方法、焊接順序、焊接胎架及夾具的應(yīng)用等。在各種工藝因素中，焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊戄^為顯著，一般情況下，改變焊接順序可以改變殘余應(yīng)力的分布及應(yīng)力狀態(tài)，減少焊接變形。多層焊以及焊接工藝參數(shù)也對(duì)焊接變形有十分重要的影響。焊接工作者在長(zhǎng)期研究中，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)，利用特殊的工藝規(guī)范和措施，達(dá)到減少焊

5、接殘余應(yīng)力和變形，改善殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的目的。2鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制2.1設(shè)計(jì)措施2.1.1合理地選擇焊接的尺寸和形式焊接尺寸直接關(guān)系到焊接工作量和焊接變形的大小。焊縫尺寸大，不但焊接量大，而且焊接變形也大，因此，在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用較小的焊縫尺寸。對(duì)于受力較大的丁字接頭和十字接頭，在保證相同的強(qiáng)度條件下，采用開(kāi)坡口的焊縫可以比一般角焊縫減少焊縫金屬，對(duì)減小變形有利。2.1.2盡可能減少不必要的焊縫在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，合理地選擇筋板的形狀，適當(dāng)?shù)匕才沤畎宓奈恢?，力求焊縫數(shù)量少，避免不必要的焊縫，從而減小焊接變形。2.1.3合理地安排焊縫位置在設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，安排焊

6、縫盡可能對(duì)稱(chēng)于截面中性軸，或者使焊縫接近中性軸，這對(duì)于減少梁、柱等類(lèi)型結(jié)構(gòu)的撓曲變形有良好的效果。62.2工藝措施工藝措施是指在焊接構(gòu)件生產(chǎn)制造過(guò)程中所采用的一系列措施，將其分為焊前預(yù)防措施、焊接過(guò)程中的控制措施和焊后矯正措施。2.2.1焊前預(yù)防措施焊前預(yù)防主要包括預(yù)防變形、預(yù)拉伸法和剛性固定組裝法。預(yù)變性法或稱(chēng)反變形法是根據(jù)預(yù)測(cè)的焊接變形大小和方向，在待焊工件裝配時(shí)造成與焊接殘余變形大小相當(dāng)、方向相反的預(yù)變形量，焊后焊接殘余變形抵消了預(yù)變形量，使構(gòu)件恢復(fù)到設(shè)計(jì)要求的幾何形狀和尺寸。預(yù)拉伸法多用于薄板平面構(gòu)件，焊接時(shí)在薄板有預(yù)張力或有預(yù)先熱膨脹量的情況下進(jìn)行的。焊后，去除預(yù)拉伸或加熱，薄

7、板恢復(fù)初始狀態(tài)，可有效地降低焊接殘余應(yīng)力，控制焊接變形。預(yù)熱的作用在于減小溫度梯度，不同的預(yù)熱溫度在降低殘余應(yīng)力的作用方面有一定的差別，預(yù)熱溫度在300℃～400℃時(shí)，在鋼中殘余應(yīng)力水平降低了30%～50%，當(dāng)預(yù)熱溫度為200℃時(shí)，殘余應(yīng)力水平降低了10%～20%。剛性固定組裝法是采用夾具或剛性胎具將被焊構(gòu)件盡可能地固定，可有效地控制待焊構(gòu)件的角變形與彎曲變形等。62.2.2焊接過(guò)程控制措施焊接過(guò)程控制主要方法有采用合理的焊接方法和