钢结构焊接变形影响因素和控制措施

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1、钢结构焊接变形影响因素和控制措施　　摘要：针对钢结构工程焊接技术的重点和难点，根据多年的工程实践经验，主要阐述实用焊接变形的影响因素及控制措施和方法。关键词：焊接变形；影响因素；控制措施焊接变形是焊接结构生产中经常出现的问题,它不但影响焊接结构的尺寸准确和外形美观,而且有可能降低结构的承载能力,引起事故。当结构件上出现了焊接变形时,就需要花许多工时去矫正。比较复杂的变形,矫正的工作量可能比焊接工作量还要大。当变形太大,无法矫正时,就造成了废品。因此掌握焊接变形的影响因素和规律对控制焊接变形具有十分重要的现实意义。1焊接变形的影响因素焊接变形可以分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条

2、件下的残余变形。影响焊接变形的因素很多，但归纳起来主要有材料、结构和工艺3个方面。61.1材料因素的影响材料对于焊接变形的影响不仅和焊接材料有关，而且和母材也有关系，材料的热物理性能参数和力学性能参数都对焊接变形的产生过程有重要的影响。其中热物理性能参数的影响主要体现在热传导系数上，一般热传导系数越小，温度梯度越大，焊接变形越显著。力学性能对焊接变形的影响比较复杂，热膨胀系数的影响最为明显，随着热膨胀系数的增加焊接变形相应增加。同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用，一般情况下，随着弹性模量的增大，焊接变形随之减少而较高的屈服极限会引起较高的残余应力，

3、焊接结构存储的变形能量也会因此而增大，从而可能促使脆性断裂，此外，由于塑性应变较小且塑性区范围不大，因而焊接变形得以减少。1.2结构因素的影响焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键，也是最复杂的因素。其总体原则是随拘束度的增加，焊接残余应力增加，而焊接变形则相应减少。结构在焊接变形过程中，工件本身的拘束度是不断变化着的，因此自身为变拘束结构，同时还受到外加拘束的影响。一般情况下复杂结构自身的拘束作用在焊接过程中占据主导地位，而结构本身在焊接过程中的拘束度变化情况随结构复杂程度的增加而增加，在设计焊接结构时，常需要采用筋板或加强板来提高结构的稳定性和刚性，这样做不但增加了装配和焊接工作量，而

4、且在某些区域，如筋板、加强板等，拘束度发生较大的变化，给焊接变形分析与控制带来了一定的难度。因此，在结构设计时针对结构板的厚度及筋板或加强筋的位置数量等进行优化，对减小焊接变形有着十分重要的作用。61.3工艺因素的影响焊接工艺对焊接变形的影响方面很多，例如焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊接胎架及夹具的应用等。在各种工艺因素中，焊接顺序对焊接变形的影响较为显著，一般情况下，改变焊接顺序可以改变残余应力的分布及应力状态，减少焊接变形。多层焊以及焊接工艺参数也对焊接变形有十分重要的影响。焊接工作者在长期研究中，总结出一些经验，利用特殊的工艺规范和措施，达到减少焊

5、接残余应力和变形，改善残余应力分布状态的目的。2钢结构焊接变形的控制2.1设计措施2.1.1合理地选择焊接的尺寸和形式焊接尺寸直接关系到焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸大，不但焊接量大，而且焊接变形也大，因此，在保证结构的承载能力的条件下，设计时应尽量采用较小的焊缝尺寸。对于受力较大的丁字接头和十字接头，在保证相同的强度条件下，采用开坡口的焊缝可以比一般角焊缝减少焊缝金属，对减小变形有利。2.1.2尽可能减少不必要的焊缝在设计焊接结构时，合理地选择筋板的形状，适当地安排筋板的位置，力求焊缝数量少，避免不必要的焊缝，从而减小焊接变形。2.1.3合理地安排焊缝位置在设计焊接结构时，安排焊

6、缝尽可能对称于截面中性轴，或者使焊缝接近中性轴，这对于减少梁、柱等类型结构的挠曲变形有良好的效果。62.2工艺措施工艺措施是指在焊接构件生产制造过程中所采用的一系列措施，将其分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。2.2.1焊前预防措施焊前预防主要包括预防变形、预拉伸法和刚性固定组装法。预变性法或称反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向，在待焊工件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量，焊后焊接残余变形抵消了预变形量，使构件恢复到设计要求的几何形状和尺寸。预拉伸法多用于薄板平面构件，焊接时在薄板有预张力或有预先热膨胀量的情况下进行的。焊后，去除预拉伸或加热，薄

7、板恢复初始状态，可有效地降低焊接残余应力，控制焊接变形。预热的作用在于减小温度梯度，不同的预热温度在降低残余应力的作用方面有一定的差别，预热温度在300℃～400℃时，在钢中残余应力水平降低了30%～50%，当预热温度为200℃时，残余应力水平降低了10%～20%。刚性固定组装法是采用夹具或刚性胎具将被焊构件尽可能地固定，可有效地控制待焊构件的角变形与弯曲变形等。62.2.2焊接过程控制措施焊接过程控制主要方法有采用合理的焊接方法和