鋼結(jié)構(gòu)件制作焊接變形的控制與分析

1、    鋼結(jié)構(gòu)件制作焊接變形的控制與分析    孫彩霞摘 要：焊接是鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中常用的連接技術(shù)，由于其具有非常優(yōu)良的性能，在鋼結(jié)構(gòu)的連接中得到了非常廣泛的應(yīng)用。本文就鋼結(jié)構(gòu)件制作焊接變形的控制進行分析。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)件；焊接變形；控制引言在焊接制造、焊接生產(chǎn)過程中，由于現(xiàn)場作業(yè)、拘束條件、以及壓力管道結(jié)構(gòu)不均勻相變、冷卻、加熱等原因，導致很容易就在焊接接頭內(nèi)產(chǎn)生瞬態(tài)變形和瞬態(tài)熱應(yīng)力。尤其是焊縫橫向收縮會嚴重影響到焊接結(jié)構(gòu)件焊接變形。一、焊接變形焊接過程中焊件產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。焊接是一種局部加熱的工藝過程，焊接過程中以及焊后，焊件不可避免地會產(chǎn)生焊接

2、應(yīng)力和變形。焊接應(yīng)力和變形會影響到焊件的性能，如強度、剛度、尺寸精度和穩(wěn)定性、受壓時的穩(wěn)定性和抗腐蝕性等。不僅如此，過大的焊接應(yīng)力和變形，還會大大增加制造工藝中的困難和經(jīng)濟消耗，而且往往因焊接裂紋或變形過大無法矯正而導致產(chǎn)品報廢。二、焊接殘余變形影響焊接結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)變形的原因較多，如施焊過程中是否有約束、冷卻時間、焊接順序、填充材料、母材材質(zhì)、焊接參數(shù)、焊接方法等，主要影響焊接結(jié)構(gòu)變形的因素有：1）焊接方法。這個主要是反映在v與i的作用上，埋弧焊（saw）的線能量大，手弧焊（smaw）的線能量較小，正相反性在回轉(zhuǎn)變形上表現(xiàn)得較為顯著。2）坡口或者根部間隙。焊條金屬熔敷量w隨著坡口或者根部間隙的增

3、大而增大，出現(xiàn)橫向收縮增大或者收縮變形的現(xiàn)象，坡口兩面角度比例有影響。3）單位長度焊條金屬熔敷量w或者線能量。收縮變形量與線能量是成正比的，而lgw越大，收縮變形量也就越大。4）焊接順序。應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)集中熱作用的現(xiàn)象，應(yīng)力求熱作用應(yīng)該做到對稱、均勻、分散。三、控制方法3.1設(shè)計方面（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。但工程機械工況惡劣，結(jié)構(gòu)件強度要求高，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

4、，對接焊縫位置采用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)臺立板與底板間的焊縫、轉(zhuǎn)臺立板與橫加強板間的焊縫、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)計可以減小焊接變形。如焊縫安排對稱與截面中心軸、平行于焊接變形較小的方向、設(shè)計盡可能少的焊接量、選擇合理的平板厚度等等。3.2工藝措施（1）反變形

5、。焊接前將結(jié)構(gòu)件的部件裝配成具有焊接變形相反方向的預(yù)先變性。反變形一定的程度可以抵消焊后的變形。要正確合理地使用反變形法，必須掌握焊件的變形規(guī)律。大梁的油缸支座位置，由于主焊縫的形式導致該位置發(fā)生橫向彎曲變形，變形量大，油缸支座孔及內(nèi)側(cè)加工余量不足，嚴重影響產(chǎn)品的性能。制作過程中采用反變形法，在主焊縫焊接前將油缸支座位置反變形35mm，焊接完成后變形誤差降低至1mm左右。保證了設(shè)計要求，提高性能的同時也給后續(xù)加工節(jié)省成本。（2）預(yù)留加工余量。組對時將兩立板的間距在設(shè)計要求上放大34mm，同時將橫加強板的寬度增加。焊接完成后，兩立板間距誤差保證在12mm，效果顯著。（3）剛性固定法。對于剛性小的

6、結(jié)構(gòu)，采用胎卡具或者支撐方法，增加結(jié)構(gòu)在焊接時的剛度，達到減少焊接變形的目的。這種方法對角變形和波浪邊形有很大效果。轉(zhuǎn)臺底板與立板之間焊縫要求為坡口14mm+焊角14mm的焊縫。焊接完成后，底板發(fā)生角變形，外側(cè)向上變形3mm左右，底板地面的平面度無法保證。在工裝臺上，底板內(nèi)外圈周邊焊接簡單壓緊工裝，使用螺栓固定底板。增加底板剛度，很大程度上減少了底板的變形量。腿箱制作過程中，側(cè)板厚度只有6mm，而側(cè)板與底板、中封板和蓋板的焊縫強度要求為一級焊縫。焊接時側(cè)板發(fā)生波浪變形，嚴重影響后續(xù)附件的安裝。最先采用短加強筋縱向固定，每隔50mm焊接加強筋固定側(cè)邊，保證側(cè)板與底板、中封板的垂直度。但由于側(cè)板太

7、薄，剛度不夠，效果不明顯。后來采用長板橫向固定，整體加強側(cè)板的剛度，明顯減少了側(cè)板的波浪變形。大梁圓筒與底板焊接時，內(nèi)外側(cè)焊縫焊接后，自然情況下底板圓孔位置向上收縮變形15mm之多。（4）選擇合理的焊接方法。選擇能量密度高的焊接方法，如co2氣體保護焊，減小焊接變形。焊接不對稱構(gòu)件，選用不同的焊接參數(shù)，可以控制和調(diào)節(jié)彎曲變形。如圖1，焊縫1和2到中心軸的距離e比焊縫3和4到中心軸的距離f大，焊后引起的變形也就大。如果焊縫1和2采用比焊3和4小的焊接參數(shù)分層焊接可以使上下彎曲變形抵消。選擇合理的焊接順序分布在中心線兩側(cè)的焊縫，先焊一側(cè)焊縫產(chǎn)生的彎曲變形要比后焊一側(cè)焊縫產(chǎn)生的變形大很多。因此焊接順

8、序總的規(guī)律是先焊焊縫少的一側(cè)，或者盡可能采用對稱焊接的方法。不同的焊縫可以采用跳焊、交替焊、對稱焊和分中逐步退焊等焊接方法。對于焊角大的焊縫采用多層多道焊縫焊接：轉(zhuǎn)臺底板與立板位置焊縫設(shè)計為坡口14mm+焊角14mm。不合理的焊接順序會導致立板和底板嚴重角變形。經(jīng)過研究討論，將該焊縫的層數(shù)、每道焊縫的大小、每道焊縫的焊接參數(shù)都嚴格要求。對于比較長的焊縫采用分段對稱焊接：轉(zhuǎn)臺墊板與底板的焊縫，內(nèi)外兩圈，焊縫長。制作中將該焊縫分成多段圓弧，對稱焊接。3.3 其他措施焊前預(yù)熱也是減少焊接變形的一種手段。把焊件預(yù)先加熱到一定的溫度（一般150-200），然后再焊接。預(yù)熱使熔焊金屬和周圍基本金屬的溫度差

9、比較接近，可以均勻的同時冷卻，以減少焊件的變形。焊后回火也是一種減小結(jié)構(gòu)件焊后內(nèi)應(yīng)力的方法。將焊接完的焊件均勻加熱到一定的溫度，并根據(jù)焊件厚度保溫一定時間（一般規(guī)定每毫米厚度需保溫0.04小時），然后均勻冷卻，使金屬內(nèi)應(yīng)力全部消除。焊接完成后，整體拋丸也可以讓結(jié)構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力得到一定的散失。變形的校正，焊接變形超過允許標準，應(yīng)加以修理后方可使用，校正方法有冷校正和熱力校正。冷校正是用三星或七星輥床、液壓機、校直機或錘擊等方法，來校正焊件變形。熱力校正，利用火焰在焊件上適當?shù)牡胤郊訜幔缓笥盟倮?，促使焊件變形，而達到焊件恢復(fù)到正確形狀的目的。四、結(jié)束語總之，有效地控制焊接結(jié)構(gòu)件焊接變形極為重要，具有極大的經(jīng)濟價值和社會意義，我們在日常生產(chǎn)活動中，應(yīng)該盡可能地多去完善焊接工藝，從而能夠在最大程度