常熟康祥機械分享：焊接變形與應力(li)的(de)控制措施(shi)

在(zai)(zai)建(jian)筑鋼結構發展如火如荼的今天(tian)，形(xing)式各異的焊(han)接(jie)機械、焊(han)接(jie)方法(fa)日新月異，焊(han)接(jie)技術成了(le)一(yi)個關鍵的課(ke)題。但(dan)在(zai)(zai)施工(gong)過程中，由(you)于焊(han)接(jie)產生的焊(han)接(jie)殘余應力和殘余變形(xing)，嚴重影(ying)響著工(gong)程的質量、安裝進度和結構承載，因此亟需采(cai)用合理的方法(fa)予以控制。

焊接變形的控制措施

影 響 因 素

1.1焊縫截面積(ji)的影響

焊縫(feng)截面積是(shi)指熔(rong)合線范(fan)圍內的金(jin)屬面積。焊縫(feng)面積越(yue)大(da)，冷卻時(shi)收(shou)縮(suo)引起的塑性變形(xing)量越(yue)大(da)，焊縫(feng)面積對縱(zong)向、橫向及角(jiao)變形(xing)的影響趨勢是(shi)一致(zhi)的，而且是(shi)起主要(yao)的影響，因(yin)此，在板厚相同時(shi)，坡口尺寸(cun)越(yue)大(da)，收(shou)縮(suo)變形(xing)越(yue)大(da)。

1.2　焊接熱輸(shu)入(ru)的影響(xiang)

一般情況(kuang)下(xia)，熱(re)輸入大時，加熱(re)的高溫區(qu)(qu)范圍(wei)大，冷(leng)卻速度(du)慢，使(shi)接(jie)頭塑性變形區(qu)(qu)增大。

1.3　焊接(jie)方法的影響

多種焊(han)(han)接方法的熱輸入差別較大(da)，在建筑鋼結構焊(han)(han)接常用的幾種焊(han)(han)接方法中，除(chu)電渣以(yi)外(wai)，埋弧焊(han)(han)熱輸入最大(da)，在其他條件如(ru)焊(han)(han)縫斷(duan)面(mian)積等相同情況下，收縮變形最大(da)，手工電弧焊(han)(han)居中，CO2氣體保護焊(han)(han)最小(xiao)。

1.4　接頭形式的影響

在焊(han)接(jie)熱輸入、焊(han)縫截(jie)面積、焊(han)接(jie)方面等因素條件(jian)相同時，不同的接(jie)頭形式對縱向、橫向、角變形量有不同的影響。常用(yong)的焊(han)縫形式有堆焊(han)、角焊(han)、對接(jie)焊(han)。

1）表面(mian)(mian)堆焊(han)(han)時，焊(han)(han)縫金(jin)屬的橫(heng)向變(bian)(bian)形不但受(shou)(shou)到縱橫(heng)向母材的約束，而(er)且(qie)加熱(re)只限于工件表面(mian)(mian)一(yi)定深度(du)而(er)使焊(han)(han)縫的收縮同時受(shou)(shou)到板厚、深度(du)、母材方面(mian)(mian)的約束，因此，變(bian)(bian)形相對較小。

2）Ｔ形角(jiao)接(jie)接(jie)頭和搭接(jie)接(jie)頭時，其(qi)焊(han)縫(feng)橫向收縮情況(kuang)與(yu)(yu)堆焊(han)相似，其(qi)橫向收縮值(zhi)與(yu)(yu)角(jiao)焊(han)縫(feng)面積成(cheng)正比，與(yu)(yu)板(ban)厚成(cheng)反比。

3)對接(jie)接(jie)頭(tou)在單道 (層 )焊的(de)情況下，其(qi)焊縫(feng)橫向收縮(suo)比堆焊和角(jiao)焊大(da)(da)，在單面焊時坡(po)口(kou)角(jiao)度大(da)(da)，板厚上、下收縮(suo)量差別大(da)(da)，因(yin)而角(jiao)變形(xing)較大(da)(da)。

雙面焊時情況有所不同，隨著坡口角(jiao)度和(he)間隙的減(jian)小，橫向收(shou)縮減(jian)小，同時角(jiao)變形也減(jian)小。

1.5　焊接層數的影(ying)響

1)橫向(xiang)收縮(suo)：在對接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)多(duo)層(ceng)焊(han)接(jie)(jie)時(shi)，第一層(ceng)焊(han)縫的橫向(xiang)收縮(suo)符合(he)對接(jie)(jie)焊(han)的一般(ban)條件和變(bian)形(xing)規律(lv)，第一層(ceng)以后相當于無間隙(xi)對接(jie)(jie)焊(han)，接(jie)(jie)近于蓋面焊(han)道時(shi)與堆(dui)焊(han)的條件和變(bian)形(xing)規律(lv)相似，因此，收縮(suo)變(bian)形(xing)相對較(jiao)小。

2)縱(zong)向收(shou)縮：多(duo)(duo)層(ceng)焊(han)(han)接時，每(mei)層(ceng)焊(han)(han)縫(feng)的(de)熱(re)輸入比一次完成的(de)單層(ceng)焊(han)(han)時的(de)熱(re)輸入小(xiao)得(de)多(duo)(duo)，加熱(re)范圍窄，冷卻快，產(chan)生的(de)收(shou)縮變形(xing)(xing)(xing)小(xiao)得(de)多(duo)(duo)，而(er)(er)且前層(ceng)焊(han)(han)縫(feng)焊(han)(han)成后都對下層(ceng)焊(han)(han)縫(feng)形(xing)(xing)(xing)成約(yue)束，因此，多(duo)(duo)層(ceng)焊(han)(han)時的(de)縱(zong)向收(shou)縮變形(xing)(xing)(xing)比單層(ceng)焊(han)(han)時小(xiao)得(de)多(duo)(duo)，而(er)(er)且焊(han)(han)的(de)層(ceng)數越(yue)多(duo)(duo)，縱(zong)向變形(xing)(xing)(xing)越(yue)小(xiao)。

控(kong) 制 變 形 的 措 施

1）減小焊縫截面積(ji)，在得到完整、無超標(biao)缺陷(xian)焊縫的前提下，盡(jin)可(ke)能采用較小的坡口尺寸(cun) (角度和間隙(xi) )。

2）對屈(qu)服強度 345ＭＰａ以下，淬硬性不強的(de)鋼材采用較小的(de)熱(re)輸(shu)(shu)入(ru)，盡可能不預熱(re)或(huo)適當降低預熱(re)、層(ceng)間溫度；優先采用熱(re)輸(shu)(shu)入(ru)較小的(de)焊(han)接方法，如CO2氣體保(bao)護焊(han)。

3）在滿足(zu)設計(ji)要求情(qing)況下，縱(zong)向加強肋和橫向加強肋的(de)焊(han)(han)接(jie)可采用間斷焊(han)(han)接(jie)法。

4)雙(shuang)面(mian)(mian)均可焊接操作時(shi)，要采(cai)用雙(shuang)面(mian)(mian)對稱坡口，并在(zai)多層(ceng)焊時(shi)采(cai)用與構件中和軸對稱的焊接順序。

5)對(dui)于長構(gou)件(jian)的(de)扭(niu)曲，主要靠(kao)提高板(ban)材(cai)平整度(du)(du)和構(gou)件(jian)組裝精度(du)(du)，使坡口角度(du)(du)和間隙準(zhun)確(que)，電弧的(de)指向(xiang)或(huo)對(dui)中準(zhun)確(que)，以使焊縫(feng)角度(du)(du)變形和翼板(ban)及腹板(ban)縱向(xiang)變形值(zhi)與構(gou)件(jian)長度(du)(du)方(fang)向(xiang)一致。

焊接應力的控制措施

構件焊(han)接(jie)時產生(sheng)瞬時內(nei)應力，焊(han)接(jie)后產生(sheng)殘(can)余(yu)應力，并同(tong)時產生(sheng)殘(can)余(yu)變形，這(zhe)是不可避免的現象。

焊接(jie)變形(xing)的矯正費時費工，構件制造和安裝企業首先考慮的是控(kong)制變形(xing)，往(wang)(wang)往(wang)(wang)對控(kong)制殘余(yu)應(ying)力(li)(li)較為忽(hu)視，常用(yong)一些卡具、支(zhi)撐以增加(jia)剛性來控(kong)制變形(xing)，與此同(tong)時實際(ji)上增大(da)了(le)焊后的殘余(yu)應(ying)力(li)(li)。

對于一些本身剛性較(jiao)大(da)的(de)構件(jian)，如板厚較(jiao)大(da)，截面本身的(de)慣性矩較(jiao)大(da)時，雖然變形會(hui)較(jiao)小，但卻同時產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)內應力，甚至產(chan)生(sheng)裂紋(wen)。

因此，對于一些構(gou)件截面厚大，焊(han)接(jie)節點復雜，拘束(shu)度大，鋼材(cai)強(qiang)度級別高(gao)，使用條(tiao)件惡劣的(de)(de)重要結構(gou)要注意焊(han)接(jie)應力的(de)(de)控制。控制應力的(de)(de)目標是降低其峰(feng)值使其均勻分布(bu)，其控制措施有以(yi)下幾種：

1）減(jian)小焊縫尺寸：焊接內應力由局部加(jia)(jia)熱循環而引起，為此，在滿(man)足設計要求的(de)條(tiao)件下(xia)，不應加(jia)(jia)大焊縫尺寸和層高，要轉變(bian)焊縫越大越安(an)全的(de)觀念。

2）減小(xiao)(xiao)焊(han)接(jie)拘束(shu)度：拘束(shu)度越大(da)，焊(han)接(jie)應力(li)越大(da)，首先(xian)應盡(jin)量使焊(han)縫(feng)在較小(xiao)(xiao)拘束(shu)度下焊(han)接(jie)，盡(jin)可能不用(yong)剛性固定的(de)方法(fa)控制變形，以(yi)免增大(da)焊(han)接(jie)拘束(shu)度。

3)采取合理的(de)焊(han)接順序(xu)：在焊(han)縫(feng)(feng)較(jiao)(jiao)多的(de)組裝條件(jian)下，應根據(ju)構件(jian)形狀和(he)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)布置，采取先焊(han)收縮量較(jiao)(jiao)大(da)的(de)焊(han)縫(feng)(feng)，后(hou)焊(han)收縮量較(jiao)(jiao)小(xiao)的(de)焊(han)縫(feng)(feng)；先焊(han)拘束度(du)較(jiao)(jiao)大(da)而(er)(er)不能自(zi)由收縮的(de)焊(han)縫(feng)(feng)，后(hou)焊(han)拘束度(du)較(jiao)(jiao)小(xiao)而(er)(er)能自(zi)由收縮的(de)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)原(yuan)則。

4）降低焊件(jian)剛度，創造自(zi)由收縮的條件(jian)。

5）錘擊法減小焊(han)接(jie)殘(can)余應力：在每層焊(han)道焊(han)完后立即用圓(yuan)頭(tou)敲(qiao)渣(zha)小錘或電動錘擊工具均(jun)勻敲(qiao)擊焊(han)縫(feng)金(jin)屬，使其產生塑性延伸變(bian)形(xing)，并(bing)抵消焊(han)縫(feng)冷卻后承受的局部拉應力。

但根部焊(han)道(dao)、坡口內及(ji)蓋(gai)面層與(yu)母材(cai)坡口面相鄰的兩(liang)側焊(han)道(dao)不(bu)(bu)宜(yi)錘(chui)擊(ji)，以免出現熔合線和近縫區的硬化(hua)或裂紋(wen)。高強度(du)低合金鋼，如屈服強度(du)級別大于(yu)345MPa時，也不(bu)(bu)宜(yi)用錘(chui)擊(ji)法消除焊(han)接殘余應力(li)。

6）在(zai)焊接前進行工藝仿真，預測構件在(zai)焊接后(hou)可能出現的變形。