如何控制鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力變形

1、如何控制鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力和變形摘 要：為有效控制鋼結(jié)構(gòu)因焊件的不均勻膨脹和收縮而造成的焊接 變形 ,就焊接變形和焊接應(yīng)力的各種影響因素進(jìn)行分析,提出了相應(yīng)的控制措施。關(guān)鍵詞：焊接變形 ,焊接應(yīng)力 ,熱過程 ,焊接工藝 在建筑鋼結(jié)構(gòu)開展如火如荼的今天 ,形式各異的焊接機(jī)械、焊接 方法日新月異 ,焊接技術(shù)成了一個(gè)關(guān)鍵的課題。但在施工過程中,由于焊接產(chǎn)生的焊接剩余應(yīng)力和剩余變形 ,嚴(yán)重影響著工程的質(zhì)量、安 裝進(jìn)度和結(jié)構(gòu)承載力 即使用功能 ,因而 ,急需采用合理的方法予 以控制。鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程實(shí)際上是在焊件局部區(qū)域加熱后又冷卻凝固的 熱過程 ,但由于不均勻溫度場 ,導(dǎo)致焊件不均勻的膨脹和收縮 ,從而

2、使焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力而引起焊接變形。常見的焊接應(yīng)力有 :1縱 向應(yīng)力 ;2橫向應(yīng)力 ;3厚度方向應(yīng)力。 常見的焊接變形有 :1縱向收 縮變形 ;2橫向收縮變形 ;3角變形 ;4彎曲變形 ;5扭曲變形 ;6波 浪變形。針對(duì)這些不同種類的焊接變形和應(yīng)力分布 ,追溯根源 ,具體進(jìn)行研究控制。 1、焊接變形的控制措施全面分析各因素對(duì)焊接變形的影響 ,掌握其影響規(guī)律 ,即可采取合 理的控制措施。1.1 焊縫截面積的影響焊縫截面積是指熔合線范圍內(nèi)的金屬面積。焊縫面積越大,冷卻時(shí)收縮引起的塑性變形量越大,焊縫面積對(duì)縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的 ,而且是起主要的影響,因此 ,在板厚相同時(shí) ,坡口尺寸

3、越大 ,收縮變形越大。1.2 焊接熱輸入的影響一般情況下 ,熱輸入大時(shí) ,加熱的高溫區(qū)范圍大,冷卻速度慢 ,使接頭塑性變形區(qū)增大。1.3 焊接方法的影響多種焊接方法的熱輸入差異較大,在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接常用的幾種焊接方法中 ,除電渣以外 ,埋弧焊熱輸入最大 ,在其他條件如焊縫斷 面積等相同情況下，收縮變形最大，手工電弧焊居中,CO 2氣體保 護(hù)焊最小。1.4 接頭形式的影響在焊接熱輸入、焊縫截面積、焊接方面等因素條件相同時(shí) ,不同 的接頭形式對(duì)縱向、橫向、 角變形量有不同的影響。常用的焊縫形式 有堆焊、角焊、對(duì)接焊。1外表堆焊時(shí) ,焊縫金屬的橫向變形不但受到縱橫向母材的約束而且加熱只限于工件外表一

4、定深度而使焊縫的收縮同時(shí)受到板厚、 深 度、母材方面的約束,因此 ,變形相對(duì)較小。2T形角接接頭和搭接接頭時(shí)，其焊縫橫向收縮情況與堆焊相似其橫向收縮值與角焊縫面積成正比,與板厚成反比。3對(duì)接接頭在單道層 焊的情況下 ,其焊縫橫向收縮比堆焊和角焊大 ,在單面焊時(shí)坡口角度大,板厚上、下收縮量差異大,因而角變形較大。雙面焊時(shí)情況有所不同 ,隨著坡口角度和間隙的減小 ,橫向收縮減 小 ,同時(shí)角變形也減小。1.5 焊接層數(shù)的影響1橫向收縮 :在對(duì)接接頭多層焊接時(shí) ,第一層焊縫的橫向收縮符 合對(duì)接焊的一般條件和變形規(guī)律 ,第一層以后相當(dāng)于無間隙對(duì)接焊 , 接近于蓋面焊道時(shí)與堆焊的條件和變形規(guī)律相似 ,因此

5、 ,收縮變形相 對(duì)較小。2縱向收縮 : 多層焊接時(shí) ,每層焊縫的熱輸入比一次完成的單層 焊時(shí)的熱輸入小得多 ,加熱范圍窄 ,冷卻快 ,產(chǎn)生的收縮變形小得 多 ,而且前層焊縫焊成后都對(duì)下層焊縫形成約束 , 因此 ,多層焊時(shí)的 縱向收縮變形比單層焊時(shí)小得多 ,而且焊的層數(shù)越多 ,縱向變形越 小。在工程焊接實(shí)踐中 ,由于各種條件因素的綜合作用 ,焊接剩余變 形的規(guī)律比擬復(fù)雜 ,了解各因素單獨(dú)作用的影響便于對(duì)工程具體情 況做具體的綜合分析。所以 ,了解焊接變形產(chǎn)生的原因和影響因素 , 那么可以采取以下控制變形的措施 :1減小焊縫截面積 ,在得到完整、 無超標(biāo)缺陷焊縫的前提下 ,盡可 能采用較小的坡口尺

6、寸 角度和間隙 。2對(duì)屈服強(qiáng)度345MPa以下，淬硬性不強(qiáng)的鋼材采用較小的熱 輸入 ,盡可能不預(yù)熱或適當(dāng)降低預(yù)熱、層間溫度 ;優(yōu)先采用熱輸入較 小的焊接方法，如CO 2氣體保護(hù)焊。3厚板焊接盡可能采用多層焊代替單層焊。4在滿足設(shè)計(jì)要求情況下 ,縱向加強(qiáng)肋和橫向加強(qiáng)肋的焊接可采 用間斷焊接法。5雙面均可焊接操作時(shí) ,要采用雙面對(duì)稱坡口 ,并在多層焊時(shí)采 用與構(gòu)件中和軸對(duì)稱的焊接順序。6T形接頭板厚較大時(shí)采用開坡口角對(duì)接焊縫。7采用焊前反變形方法控制焊后的角變形。8采用剛性夾具固定法控制焊后變形。9采用構(gòu)件預(yù)留長度法補(bǔ)償焊縫縱向收縮變形，如H形縱向焊縫每米長可預(yù)留 0.5mm 0.7mm。10對(duì)于

7、長構(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)件長度方向一致。11在焊縫眾多的構(gòu)件組焊時(shí)或結(jié)構(gòu)安裝時(shí) ,要采取合理的焊接順 序。12設(shè)計(jì)上要盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸 ,合理布置焊縫 ,除了要 防止焊縫密集以外 ,還應(yīng)使焊縫位置盡可能靠近構(gòu)件的中和軸 ,并使 焊縫的布置與構(gòu)件中和軸相對(duì)稱。2 焊接應(yīng)力的控制措施構(gòu)件焊接時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)內(nèi)應(yīng)力 ,焊接后產(chǎn)生剩余應(yīng)力 ,并同時(shí)產(chǎn)生殘 余變形 ,這是不可防止的現(xiàn)象。焊接變形的矯正費(fèi)時(shí)費(fèi)工 ,構(gòu)件制造和安裝企業(yè)首先考慮的是控制變形 ,往往對(duì)控制剩余應(yīng)力較為無視

8、 ,常用一些卡具、支撐以增加 剛性來控制變形 ,與此同時(shí)實(shí)際上增大了焊后的剩余應(yīng)力。對(duì)于一些本身剛性較大的構(gòu)件 ,如板厚較大 ,截面本身的慣性矩 較大時(shí) ,雖然變形會(huì)較小 ,但卻同時(shí)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力 ,甚至產(chǎn)生裂 紋。因此 ,對(duì)于一些構(gòu)件截面厚大 ,焊接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜 ,拘束度大 ,鋼材強(qiáng) 度級(jí)別高 ,使用條件惡劣的重要結(jié)構(gòu)要注意焊接應(yīng)力的控制?？刂茟?yīng) 力的目標(biāo)是降低其峰值使其均勻分布 ,其控制措施有以下幾種 :1減小焊縫尺寸 :焊接內(nèi)應(yīng)力由局部加熱循環(huán)而引起 ,為此 ,在滿 足設(shè)計(jì)要求的條件下 ,不應(yīng)加大焊縫尺寸和層高 ,要轉(zhuǎn)變焊縫越大越 平安的觀念。2減小焊接拘束度 :拘束度越大 ,焊接應(yīng)力越大

9、 ,首先應(yīng)盡量使焊 縫在較小拘束度下焊接 ,盡可能不用剛性固定的方法控制變形 ,以免 增大焊接拘束度。3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那么。4降低焊件剛度 ,創(chuàng)造自由收縮的條件。5錘擊法減小焊接剩余應(yīng)力 :在每層焊道焊完后立即用圓頭敲渣 小錘或電動(dòng)錘擊工具均勻敲擊焊縫金屬,使其產(chǎn)生塑性延伸變形 ,并抵消焊縫冷卻后承受的局部拉應(yīng)力。但根部焊道、坡口內(nèi)及蓋面層與母材坡口面相鄰的兩側(cè)焊道不宜錘擊 ,以免出現(xiàn)熔合線和近縫區(qū)的硬化或裂紋。高強(qiáng)度低合金鋼,如屈服強(qiáng)度級(jí)別大于 345MPa時(shí)，也不宜用錘擊