淺談結(jié)構(gòu)件焊接變形的控制

陳曉

摘要：在鋼結(jié)構(gòu)件制做過程中，焊接變形是不可完全避免的，其焊接變形嚴(yán)重影響著結(jié)構(gòu)件的制造精度、加工效率及成本控制；同時(shí)，結(jié)構(gòu)件的焊接變形還會(huì)增加結(jié)構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力，并對(duì)焊道引起拉傷、撕裂、扭曲、彎折等危害，弱化了結(jié)構(gòu)件的整體強(qiáng)度。本文從焊接變形產(chǎn)生的機(jī)理、結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、焊接變形的控制及焊接變形的矯正等幾個(gè)方面，闡述了結(jié)構(gòu)件焊接變形的控制，以得到牢固、合格的產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)件；焊接；設(shè)計(jì)；變形；矯正

1引言

鋼結(jié)構(gòu)件制作作為我國(guó)現(xiàn)階段社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中非常重要的組成部分，長(zhǎng)期以來我黨及其政府部門對(duì)其進(jìn)行了大量的人力、物力和財(cái)力方面的投人，取得了非常顯著的成果。隨著現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在其鋼結(jié)構(gòu)件制作的過程中不斷引進(jìn)現(xiàn)代化的施工技術(shù)成為現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然需求。

2焊接變形產(chǎn)生的機(jī)理

眾所周知，焊接過程是利用電弧熱、物理熱、化學(xué)熱等熱能將母材金屬及焊材融化形成焊接熔池，熔池凝固形成焊縫，本質(zhì)是一個(gè)冶金過程。焊接熔池體積小，冷卻速度快，所以焊縫金屬中容易形成氣孔、裂紋、夾渣等缺陷。焊接過程的特點(diǎn)使得結(jié)構(gòu)件在焊接過程進(jìn)行中，當(dāng)局部受熱時(shí)，因受其周圍構(gòu)件約束不能充分伸展，產(chǎn)生壓力收縮而產(chǎn)生應(yīng)力，使焊件產(chǎn)生彎曲變形。故焊接過程結(jié)束后，構(gòu)件內(nèi)部存在應(yīng)力，既存在著彈性變形，也存在著塑性變形，可以說這些應(yīng)力和應(yīng)變的產(chǎn)生是不可避免的，因此我們應(yīng)利用焊接機(jī)理對(duì)焊接結(jié)構(gòu)件從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、焊接工藝因素兩個(gè)方面控制其對(duì)焊接變形的影響。

3焊接變形的類型及成因

3.1收縮變形

焊件尺寸比焊接前縮短的現(xiàn)象稱為收縮變形，可分為縱向縮短和橫向縮短，是最基本的焊接變形，主要在簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的焊接件中出現(xiàn)，由焊接件外形尺寸收縮引起。

3.2角變形

焊接角變形是沿焊縫軸線垂直方向變形形成的凸形或凹型棱角變形，主要出現(xiàn)在圓筒形、球形容器的焊接中，由焊縫截面形狀上下不對(duì)稱造成的焊縫橫向收縮在厚度方向上不均勻分布所引起。

3.3彎曲變形

彎曲變形主要是指因結(jié)構(gòu)上的焊縫布置不對(duì)稱或焊件斷面形狀不對(duì)稱、焊后縱向焊縫收縮引起的變形，多出現(xiàn)在焊接次序不合理的焊接件或焊縫分布不對(duì)稱及焊接件外形細(xì)長(zhǎng)且橫截面的上下尺寸相差較大的結(jié)構(gòu)件焊接中。

3.4波浪變形

板厚小于6mm的薄板焊接過程中，易出現(xiàn)波浪變形，由焊縫收縮使薄板局部產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力而失穩(wěn)引起。因一級(jí)給進(jìn)滑架沒有小于6ram的薄板，故在其焊接過程中未出現(xiàn)波浪變形。

3.5扭曲變形

在多條平行的長(zhǎng)焊縫的焊接中，扭曲變形最易出現(xiàn)。扭曲變形產(chǎn)生的原因主要是沿焊縫長(zhǎng)度方向角變形分布不均勻，如一級(jí)給進(jìn)2組軌道焊后易產(chǎn)生扭曲變形。

4控制焊接結(jié)構(gòu)件變形的主要措施

4.1設(shè)計(jì)方面

（1）盡可能減少焊縫的數(shù)量。減少焊縫數(shù)量可以明顯減小焊接變形。但工程機(jī)械工況惡劣，結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度要求高，焊縫數(shù)量之多就不可避免。

（2）選擇合理的焊縫尺寸和形狀。對(duì)于板厚較大的采用x型坡口。x型坡口的熔敷金屬量大約比v型坡口少1/2。對(duì)于更大板厚采用u型坡口或者雙u型坡口，以減少焊接變形。主梁底板和上蓋板板厚為15mm，對(duì)接焊縫位置采用x型坡口焊接，再加上一定的工裝設(shè)備，變形量得到有效地控制，而且焊縫的合格率也提高了。在保證結(jié)構(gòu)有足夠承載能力的前提下，盡可能減小焊縫尺寸。受力較大的T型接頭或者十字接頭，采用開破口角焊縫比一般角焊縫可以大大減少焊縫的焊接變形。轉(zhuǎn)臺(tái)立板與底板間的焊縫、轉(zhuǎn)臺(tái)立板與橫加強(qiáng)板間的焊縫、主梁側(cè)板與底板間的焊縫等等都采用了坡口角焊縫，一方面減少了焊接變形，另一方面保證了焊縫的熔深，提高了質(zhì)量。

（3）合理的選擇結(jié)構(gòu)形式和焊縫位置。合理的焊縫位置設(shè)計(jì)可以減小焊接變形。如焊縫安排對(duì)稱與截面中心軸、平行于焊接變形較小的方向、設(shè)計(jì)盡可能少的焊接量、選擇合理的平板厚度等等。

4.2選擇合理的焊接熱輸入

通常而言，熱輸入越大，焊件輸入的熱量也越多，焊件的變形程度就越大。可以使用加熱面積小、能量集中的焊接方法，通常用多層焊來代替單層道焊，用斷續(xù)焊、退焊和跳焊代替連續(xù)焊。在保證焊縫質(zhì)量的前提下，焊接熱輸入盡量選小一些，這樣能夠降低焊件的熱量輸入，而且將變形程度降到最低。

4.3焊接變形控制

（1）正確選擇裝焊順序。焊接結(jié)構(gòu)變形大小與其本身剛性大小是成反比的，而焊接結(jié)構(gòu)的剛性是在裝配與焊接過程中逐漸加大的，結(jié)構(gòu)整體的剛性總是比零部件的剛性大，故在焊接鋼構(gòu)件時(shí)，應(yīng)盡可能先裝配成整體后再焊接。如：工字梁或H形鋼的拼接，即可采取先裝配后焊接的工序，裝成工字梁或H形鋼后其剛性較強(qiáng)，焊后四條焊縫的縱向收縮一致，故其彎曲變形較小。

（2）正確選擇焊接順序和焊接方向。一般先焊的焊縫易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，因結(jié)構(gòu)的剛性隨著焊接的進(jìn)行而加強(qiáng)，而先焊的焊縫結(jié)構(gòu)剛性較小，易產(chǎn)生變形。

（3）剛性固定法。鋼板對(duì)接焊時(shí)，因焊縫收縮不一，易出現(xiàn)角變形或接口錯(cuò)位，通常采用加“馬”來控制焊后變形。簡(jiǎn)體和底板對(duì)接焊時(shí)易出現(xiàn)錯(cuò)位，也可采取此法來處理。簡(jiǎn)體和底板在組裝時(shí)，為了預(yù)防通長(zhǎng)焊縫的過大變形，在施焊前點(diǎn)焊了一些楔鐵，對(duì)其相鄰未焊的長(zhǎng)邊，也通過適當(dāng)點(diǎn)焊幾個(gè)楔鐵控制其變形。

（4）反變形法。反變形法是在焊接前將焊件預(yù)制一個(gè)反變形，使這個(gè)變形與焊后變形恰恰相反、大小相等，從而達(dá)到抵消焊接變形的目的。

5結(jié)論

綜上所述，我們對(duì)焊接結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量控制過程有了詳細(xì)的了解，在實(shí)際的操作過程中，我們要熟練掌握結(jié)構(gòu)件焊接的影響因素和其作用規(guī)律，保證每一個(gè)構(gòu)建的加工都符合質(zhì)量要求，使焊接結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量得到有效控制。