浅析对钢结构焊接的变形的控制研究

1、浅析对钢结构焊接的变形的控制研究 【摘要】焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素，也是破坏性最强的变形类型。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形；根据变形的不同特点则可分为：角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错位变形。在这些变形类型中，角变形和波浪变形属于局部变形，而其他类型的变形属于整体变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。本文从焊接变形的基本类型分析和原因分析，并分析了影响焊接结构变形的因素，提出了钢结构焊接变形的控制以及防治钢结构焊接变形的工艺措施。 【关键词】钢结构 焊接 变形 控制 一、焊接变形的基本类型分析和原因分析 1、焊接变形的基本类型 所谓

2、焊接变形是指钢结构在焊接过程中，由于施焊电弧高温引起的变形，以及焊接完成后在构件中的残余变形现象。在这两类变形中，焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素，也是破坏性最强的变形类型。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形；根据变形的不同特点则可分为：角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错位变形。在这些变形类型中，角变形和波浪变形属于局部变形，而其他类型的变形属于整体变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。 2、焊接变形产生的原因分析 2.1 钢结构刚度 刚度是指结构体对拉伸方向和弯曲变形的抵抗能力。钢结构的刚度主要取决于结构截面形状和尺寸的大小。例如，工字钢截面和纵

3、向桁架变形量，主要取决于其截面面积的弦杆截面大小的部分。再如，工字型、丁字型或其他形状的型钢的弯曲变形量主要取决于截面的抗弯刚度。焊接连接缝位置和数量；当钢结构刚度不足时，在设计焊接连接缝位置和数量时，应在结构体对称安排，且焊接顺序是合理的，构件只能产生线性变形；当焊缝为不对称的安排，产生的多为弯曲变形。 2.2 焊接工艺 焊接电流偏大、焊条直径较粗，使得焊接速度缓慢，可能导致焊接变形大；厚钢板焊接时，手工焊接方法比自动焊接方法引起的变形量较小；采用多层焊接工艺时，首层的焊缝收缩变形最大，第二和第三层焊接变形量分别是首层的20%和5%10%。也就是说，多层焊接的层数越多，焊接变形越明显；断续式

4、焊缝与连接焊缝相比收缩变形量小；对接式焊缝的横向收缩变形量比纵向收缩变形量大24倍；焊接顺序不当或在没有焊接妥当分部构件时就进行整体组装焊接，很容易产生焊接变形。因此，为了防治焊接变形，在焊接施工过程中必须制订合理的工艺措施。 二、影响焊接结构变形的因素 影响焊接变形量的因素较多，有时同一因素对纵向变形、横向变形及角变形会有相反的影响。全面分析各因素对各种变形的影响，掌握其影响规律是采取合理措施控制变形的基础。否则难以达到预期的效果。 1、焊缝截面积的影响 焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积，焊缝面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大。 2、焊接热输入的影响 一般情况下，热输入大时，加热的

5、高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大，不论对纵向、横向或角变形都有变形增大的影响。但在表面堆焊时，当热输入增大到一定程度时，由于整个板厚温度趋近，因而即使热输入继续增大，角变形不再增大，反而有所下降。 3、工件的预热、层间温度影响 预热温度和层间温度越高，相对于热输入增大，使冷却速度减慢，收缩变形增大。 4、焊接方法的影响 在建筑钢结构焊接常用的几种方法中，除电渣焊以外，埋弧焊热输入最大，在其他条件如焊缝面积等相同情况下，收缩变形最大。手工电弧焊热输入居中，收缩变形比埋弧焊小。co2气体保护焊热输入最小，收缩变形响应也最小。 5、焊缝位置对变形的影响 由于焊缝位置在结构中不对称，焊缝

6、位置不对称等引起各种变形。 6、结构的刚性对焊接变形的影响 结构的刚性大小，主要取决于结构的形状和其截面大小，刚性较小的结构，焊接变形大；刚性大的结构，焊后变形较小。 7、装配和焊接规范对焊接变形的影响 由于采取的装配方法不同，对结构的变形也有影响。整体装配完再进行焊接，其变形一般小于边装配边焊接。 在工程焊接时间中，由于各种条件、因素综合作用，焊接残余变形的规律比较复杂，了解各因素单独作用的影响便于对工程具体情况作具体的综合分析。 三、钢结构焊接变形的控制 1、钢结构焊接节点构造样式多，比较复杂，焊接时的热输入量也较多，造成的焊接变形也更大。因此，在钢结构焊接节点构造设计时，应设法控制焊接的

7、数量和大小，尽可能减少焊接变形。 2、钢结构节点焊缝时，应在保证结构具有足够承载能力的条件下，采用适当的坡口形状和尺寸，以减少焊缝截面积及结构的焊接变形。对焊缝坡口形成与大小合理的选择应能够确保钢结构整体的承载能力充分。适当的坡口形状和大小，可以通过减少截面积，进一步减少结构的焊接变形量。 3、焊缝位置尽可能对称于构件截面的中性轴，或者尽量靠近中性轴，同时应避免在高应力区。这对减少梁、柱等一类钢结构的挠曲变形有良好的效果。 4、对于节点形式的选择，应选用刚性小的节点形式。节点应避免在双向、三向交叉处，这样避免由于焊缝集中而导致的高温和焊缝应力集中，从而减少焊接变形。 5、焊缝区的应力越大，则钢

8、结构越容易产生焊接变形及焊接裂纹。焊缝位置应避开高应力区。 四、防治钢结构焊接变形的工艺措施 在钢结构焊接施工过程中，根据不同的节点构造及焊缝形式，采取适当的焊接工艺措施，对于控制钢结构焊接变形也具有非常重要的作用。 1、采用合理的装配焊接顺序 1.1 钢结构的制作、组装应该在一个标准的水平面上进行。应确保所受的自重压力的程度足够大，不会出现钢构件失稳和下沉的现象，以满足构件组装的基本要求，尽可能的先装配成整体再焊接。 1.2 对截面形状、焊缝布置均匀对称的钢结构件，应采用对称焊接施工。不对称焊缝先焊焊缝少的一侧后再焊焊缝多的一侧。这样可使后焊的变形足以抵消先焊一侧的变形，以减少结构总体变形。

9、 1.3 对于钢结构中的长焊缝，在可能的情况下将连续焊给成分段焊，并适当地改变焊接方向，可使局部焊缝造成的变形适当减少或相互抵消，以减少结构总体变形。 2、反变形分析 由于在冷却过程焊缝会产生收缩反映，结果使得减少了工件焊接后的尺。针对这个问题，为了弥补热胀冷缩带来的变形，在大型构件焊接时常用反变形的方法。发变形方法是在进行焊接前使焊接前构件预先发生变形，使变形方向和焊接变形方法相反、变形量大小基本相等。例如，为了防止工字钢梁上下盖板的焊接角变形，可以在焊前用油压机或折边机在相反方法预先压弯盖板。 3、焊件夹具 大型结构件在焊接接头时各个工件和零件在自重和焊接应力的作用下，要想使得位置固定是比

10、较困难的。所以，每件焊接工件和零件除了要用焊接平台固定位置外，还需要用到焊件夹具有效地夹紧，以便防止工件发生变形。 4、合理地选择焊接方法和焊接工艺参数 一般来说，不同的焊接方法，将产生不同的温度场，形成的热变形也不同。co2 气体保护焊丝细，电流密度大，加热集中，焊接变形小。选用热影响区较窄的co2 气体保护焊等焊接方法代替手弧焊、埋弧焊，可减少钢接速度。线能力越大，焊接变形越大。焊接变形随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度的增大而减小。在三个参数中，电弧电压的作用明显。选用较小的焊接热输入及合适的焊接工艺参数，可减少钢结构受热范围，从而减少焊接变形。 结束语： 在大多数的情况下，通过采取适当的焊接节点构造设计措施和技术措施，可以有效地控制钢结构的焊接变形，已达到确保工程质量的目的。但由于材料、结构一级焊接施工现场环境等因素的复杂多变，还应该在实践中不断总结和积累焊接经验，提高控制焊接应力和