钢结构焊接变形分析与矫正

钢结构焊接变形分析与矫正

李鹏飞 刘媛 张强

三门峡新华水工机械有限责任公司 河南 三门峡 472100

摘要：钢结构件焊接后一般都会产生变形，如果变形量超过规范允许的数值，就需要矫正。有的构件变形经矫正后虽然能达到使用要求但却占用很多生产时间，有的构件变形经矫正无效而报废。因此，我们要分析影响焊接变形的因素，预防产生超过规范允许值的焊后变形。基于此，对钢结构焊接变形分析与矫正进行研究，仅供参考。

关键词：焊接变形；影响因素；预防措施

引言：在钢结构焊接施工中，因为钢结构件外形尺寸相对较大，同时构件形状也各不相同，再加上焊接位置不同以及操作人员技术水平差异，在焊接过程中出现焊接不当也是常有的问题。

1焊接后产生变形的原因

在焊接过程中对焊接件进行了局部的、不均匀的加热是产生焊接应力及变形的原因。焊接时焊缝和焊缝附近受热区的金属发生膨胀，由于四周较冷的金属阻止这种膨胀，在焊接区域内就产生压缩应力和塑性收缩变形，产生了不同程度的横向和纵向收缩。由于这两个方向的收缩，造成了焊接结构件的变形。焊接时的这种收缩也不是自由的，它受到焊接件其他部分的阻碍。

2影响焊接变形的因素

2.1焊接顺序

钢结构建造过程中，不同部位构件的连接顺序有所不同，错误的焊接顺序会使各部分的受力不均匀，导致各部分构件的残余应力无法相互抵消，从而造成焊接变形。因此，在进行海上平台钢结构建造过程中，施工人员要严格按照相应的焊接顺序，逐步完成焊接组装工作，有效消除各部分构件之间的残余应力，并对局部的作用力进行合理分解。除此之外，不同的焊接顺序需要不同的焊接方法，线能量较低的焊接方法可以有效防控焊接变形。所以，要求焊接技术人员具备丰富的工作经验，了解导致变形的各种原因，熟悉不同钢结构构件的焊接顺序，采取正确的焊接方法，有效分解局部作用力，合理控制变形现象的发生，从而提高海上平台钢结构的整体焊接质量。

2.2焊接工艺对金属焊接变形的影响

焊接工艺可改变残余应力的位置和大小以减缓焊接变形，例如，改变焊接顺序、采用新的焊接工艺方法、调整合适的焊接工艺参数，同时，根据工作人员的累积经验，也可以采用特殊的加工工艺来改善残余应力，降低焊接变形。

2.3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。在工程焊接实践中，由于各种条件、因素综合作用，焊接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出综合分析

3焊接变形的预防与矫正

3.1振动时效法

振动时效法的优点是在应用该方法的过程中，钢结构尺寸、形状以及重量等不会对焊接过程产生影响，并且利用此方法进行焊接操作，施工周期相对较短施工效率较高，不会产生污染问题。所以焊接人员可根据钢结构的具体外形特点与应力状况等，科学选用适当的振型，适当振动钢结构残余应力部位，将钢结构构件中的残余应力有效消除，从而确保钢结构的稳定性。在振动时效法运用过程中需要通过激振器给钢结构施加动应力，使其与钢结构内的残余应力出现叠加，从而引发塑性变形使得钢结构焊接残余应力逐渐松弛乃至消除，并在此基础上增强钢结构的抗变形能力。从这里可以看出在应用振动时效法的过程中，焊接动应力发挥着关键作用。根据相关标准要求，焊接动应力一般控制在35兆帕到50兆帕至今。工作人员可通过动态电阻应变仪来测量动应力的具体数值，还可采用改变激振力大小的方式来调整动应力数值。

3.2控制焊接线能量法

焊接线能量对焊接变形与应力有直接的关系，减小焊接电流可以减少输入工件的线能量，从而减小焊接变形。选择适当的坡口形式可以减少填充金属容积，从而减小输入焊接线能量。例如:在厚度较大时，可优先选用X型坡口替代V型坡口，或者在保证焊透和焊接质量的前提下，坡口尽可能的小，坡口的组对间隙也应尽量的小。

3.3刚性固定法

刚性固定法：又称为强制法。在实际制作中，对于刚性大的构件焊接后变形一般较小，对刚性小的构件可在焊前加强构件刚性，焊后变形也相应减小。在采用这种方法时，必须等焊接冷却后再把夹具和支撑卸去。几种常见的方法有夹具法、支撑法、胎具法、临时固定法（如焊钉固定和压紧固定法）、定位焊接法。刚性固定法对减小变形很有效，且焊接时不必过分考虑焊接顺序。缺点是有些大型件不易固定且焊后还有少许变形如果与反变形法配合使用效果更好。

3.4反变形法

焊接结构件在焊接过程中会产生焊接变形，其主要原因是材料膨胀和焊缝冷缩，而反变形法解决了焊接前后变形量存在差值的问题。这种方式是通过预制反方向变形抵消焊接时产生的变形，具体措施为在焊接装配时，人工对焊接工件实施人为变形，根据实际的需求工况，定制提前预制反变形的大小和方向。而且在焊接时，需要注意焊接顺序，先焊接收缩量大的焊缝，通常情况下，对接焊缝的焊接顺序排在角焊缝之前。

3.5加热矫正法

即利用不均匀的加热使结构获得反向的变形来补偿或抵消原来的焊接变形。加热矫正法的加热方式可分为点状加热、线状加热、三角形加热。加热矫正能消除很多施力矫正无法解决的变形，掌握火焰局部加热引起的变形的规律是做好矫正的关键，决定火焰矫正效果主要是加热的位置和加热温度。低碳钢和普通合金的焊接结构通常采用650~800℃的加热温度，一般不宜超过900℃。在利用加热矫正的同时，为了提高矫正效果，也可在加热过程中施加外力矫正，火焰矫正时，加热点的冷却有自然冷却和水冷却两种方法。

3.6材料管理

钢结构焊接施工中最常用的材料为二氧化碳气体保护焊丝和焊条。首先，根据钢结构施工区域环境、所用母材特性以及设计文件要求，确定焊接材料的性能指数；其次，对符合要求的焊接材料进行市场调研，掌握第一手材料，并对各大材料供应商的经营资质与信誉、供货能力、材料质量、材料价格、售后服务等方面进行综合评价，并从中择优选定供应商进行合作；然后，对于拟定使用的材料，需选择样品送达质量检测中心进行检测。经检测合格后，报监理、业主进行确定。确认通过后，方可施工。

3.7丁字梁焊后变形的矫正

丁字梁由于焊接产生的变形有角变形、上拱、旁弯等，矫正可用压力机，调直机来完成也可以用火焰矫正。现将三种变形的火焰矫正介绍如下：角变形的矫正：先在两道焊缝的背面，用烤矩沿着与焊缝相对应的位置加热一道（厚板应加热两道），加热线不能太宽，应小于两道焊脚总宽，加热的深度不能超过板厚，冷却后角变形即可消失。上拱的矫正：矫正上拱变形是在立板上采用三角形加热方式，三角形加热位置应根据变形情况来确定。如果第一次加热后还有上拱，再进行第二次加热，加热位置选在第一次加热位置之间避免重复在原处加热。旁弯的矫正：加热位置选在水平板背面外凸的一侧，一般采用三角形加热，当旁弯矫正后，很可能又引起上拱变形，因此在掌握变形规律后可在矫正上拱时有意过量，既略有下翘，那么旁弯矫正引起的上拱与下翘抵消，就可以简化矫正工作。

结束语：焊接变形因为其本身的尺寸和重量因素，焊缝分布不均匀，焊接变形过程复杂，难以有效控制焊接变形，为提高起重机械设备的生产经济性，在保证废品率的前提下，尽量控制焊接变形对产品质量的影响。只有控制住焊接过程中因应力引发的变形，才能确保钢结构质量，提高加工效率和工程进度，保障人身安全。

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