淺談鋼結(jié)構(gòu)焊接變形和焊接應(yīng)力

1、淺談鋼結(jié)構(gòu)變形的控制由于現(xiàn)今鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展極其快速，各種焊接機(jī)械、焊接方法日新月異。但在施工過程中，由于焊接過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和焊接熱過程引起的焊件的變形，嚴(yán)重影響工程質(zhì)量、工程進(jìn)度和焊接的使用功能。因?yàn)槲姨幊袚?dān)制作了馬來西亞電解槽長側(cè)、短側(cè)等鋼構(gòu)件。雖然電解槽殼總體上對變形誤差要求不高，設(shè)計(jì)上一些尺寸的允許偏差甚至達(dá)到±20mm，但有些誤差卻要求只能是負(fù)差。而且我們前期制作能控制好變形，減少誤差，將能使后期的安裝效率增加，并能節(jié)省安裝調(diào)整所用的材料，達(dá)到時間和金錢的雙贏。下面我根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)和平時學(xué)習(xí)到的一些理論知識，談一下鋼結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力和變形的知識，由于經(jīng)驗(yàn)淺薄，不足之處請大家指正

2、。 鋼結(jié)構(gòu)焊接工程實(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以及由它引起的局部塑性變形和組織間比容不同，導(dǎo)致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使從而使焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力而引起焊接變形。在馬來西亞工程中，長側(cè)等焊件的外型尺寸較大、形狀多樣、焊縫多、焊接位置不對稱等因素都能引起焊接變形。當(dāng)焊接引起的不均勻溫度場尚未消失時，焊件中的這種應(yīng)力和變形稱為瞬態(tài)焊接應(yīng)力和變形；焊接溫度場消失后的應(yīng)力和變形稱為殘余焊接應(yīng)力和變形。常見的焊接應(yīng)力有：1）縱向應(yīng)力（圖一）；2）橫向應(yīng)力（圖二）；3）厚度方向應(yīng)力（圖三）；由這應(yīng)力引起的焊接變形有：1)縱向收縮變形：沿焊縫長度方向的收縮；2)橫向

3、收縮變形：垂直于焊縫方向的橫向收縮；3)角變形：繞焊縫軸線的角位移；4)撓曲變形：構(gòu)件中性軸上下部對稱的收縮引起的彎曲變形；5)失穩(wěn)變形：薄壁結(jié)構(gòu)在焊接殘余壓應(yīng)力的作用下，局部失穩(wěn)而產(chǎn)生波浪形；6)錯邊變形：焊接邊緣在焊接過程中，因膨脹不一致而產(chǎn)生的厚度方向的錯邊；7）扭曲變形：由于裝備不良、施焊程序不合理而使焊縫的縱向、橫向收縮沒有規(guī)律所引起的變形。在馬來西亞工程中，長側(cè)等焊件常見的是：1)縱向收縮變形；2)橫向收縮變形；3)角變形；4)撓曲變形；5）扭曲變形。 一、 焊接變形的控制 要有效地控制焊接變形，就要了解焊接變形產(chǎn)生的原因： 1）焊件的剛性小或不均勻，焊后收縮，變形不一致；2）焊件

4、本身焊縫布置不均，導(dǎo)致收縮不均勻，焊縫多的部位收縮大、變形也大；3） 焊接人員操作不當(dāng)，未對稱分層、分段、間斷施焊，焊接電流、速度、方向不一致，造成加工件變形不一致； 4） 焊接時咬肉過大，引起焊接應(yīng)力集中和過量變形；5） 焊件放置不平，應(yīng)力集中釋放時引起變形在工程焊接實(shí)踐中，由于各種條件因素的綜合作用，焊接殘余變形的規(guī)律比較復(fù)雜，所以本工程的鋼結(jié)構(gòu)焊接在長期摸索實(shí)踐中，逐漸形成以下控制焊接變形的措施：1) 合理設(shè)置坡口可以有效減小焊接變形。如對于拼接焊縫，特別是厚板的拼接焊縫，為了減少焊后變形，可將坡口設(shè)置成非對稱坡口，如圖：具體方法是：先焊坡口較深一側(cè)的1/3,翻轉(zhuǎn)背面焊接完成后，在翻過來

5、焊接剩余的2/3。兩次翻轉(zhuǎn)焊接完成整條拼縫。根據(jù)我自己的實(shí)踐，工期要求緊張的情況下，也可先焊較淺一側(cè)，最后翻面焊接較深側(cè)。 2)減小焊縫截面積，在得到完整、無超標(biāo)缺陷焊縫的前提下，要求焊工盡可能采用較小的坡口尺寸(角度和間隙)進(jìn)行焊接。   3)采用熱輸入較小的CO2氣體保護(hù)焊。  4)雙面均可焊接操作時，要采用雙面對稱坡口，并在多層焊時采用與構(gòu)件中和軸對稱的焊接順序。   5)長側(cè)上的小部件組焊矯正后，在進(jìn)行裝配焊接，以減小整體的變形。   6)對于長側(cè)等變形較大的焊件，采用剛性夾具固定法控制焊后變形。 7）采用反變形措施

6、，反變形措施常用在角焊縫的焊接中。一般通過焊接熱輸入精確計(jì)算變形量。  8)對于長構(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。 9)要采取合理的焊接順序，以減少變形。例如筋板焊接時，要求焊工先焊主焊縫后焊次要焊縫，先焊對稱部位的焊縫后焊非對稱焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對接焊縫后焊角焊縫。焊接長側(cè)時應(yīng)從構(gòu)件的中軸向兩側(cè)退焊，焊接時人員應(yīng)對稱分散布置，避免熱量集中引起變形。二、焊接應(yīng)力的控制構(gòu)件焊接時產(chǎn)生瞬時內(nèi)應(yīng)力，焊接后也會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，并產(chǎn)生殘余變

7、形，這是不可避免的現(xiàn)象。如果構(gòu)件變形控制很小，但卻產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力時，可能產(chǎn)生裂紋。所以，焊接應(yīng)力和焊接變形的控制一樣重要而且必要，通過一段時期的施工和學(xué)習(xí)資料，逐漸總結(jié)出一些控制應(yīng)力的措施：1) 嚴(yán)格要求焊工按照設(shè)計(jì)要求的焊縫焊接，質(zhì)檢時要轉(zhuǎn)變焊縫越大越安全的觀念，因?yàn)榍懊嫣岬胶附討?yīng)力是由焊接區(qū)域熱脹冷縮形成的，焊接區(qū)域越小，熱輸入就越小，變形就越小。2) 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則；3) 對于長焊縫，在可能的情況下將連續(xù)焊改為分段焊接，分段焊接時在接頭處要交錯覆蓋對方的接頭，避免接頭對齊。分段焊時注意焊接變形，溫度太高時要停下來緩冷或翻轉(zhuǎn)焊接背面；多件焊接時要先焊拘束度打的構(gòu)件，后焊拘束度小的的構(gòu)件。4) 采用熱處理（高溫回火）消除殘余應(yīng)力，也可用機(jī)械方法均勻敲打來抵消構(gòu)件的焊接應(yīng)力。采用熱處理技能消除應(yīng)力，也能消除變形，又能防止產(chǎn)生裂紋。在工程中，因?yàn)椴牧系亩逊呕蛘呤┕み^程中的失誤導(dǎo)致部分構(gòu)件的較大變形，常采用熱處理的方式進(jìn)行處理，都取得了較好的效果