鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的基本形式及控制矯正探討

閆亞?wèn)|

(陜西現(xiàn)代公路機(jī)械工程有限公司，陜西 西安 710043)

一 焊接變形的基本形式

焊接的實(shí)質(zhì)就是將熱量分布在焊件上的過(guò)程，且熱量分布呈現(xiàn)不均勻的特點(diǎn)，這種不均勻致使鋼結(jié)構(gòu)在焊接前、后都會(huì)產(chǎn)生一定量的變形［1］?？梢?jiàn)，焊接是剛結(jié)構(gòu)變形的主要因素之一。焊接變形主要有以下幾類基本形式。

1.縱向變形

在焊接結(jié)束后，鋼材進(jìn)行冷卻時(shí)，之前焊接過(guò)熱的位置，熔融焊絲聚集的量較多，在冷卻時(shí)其收縮量也較大，沿著縱向的收縮便使鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱向的變形。

2.橫向變形

受熱不均是板材產(chǎn)生橫向變形的主要原因，由于板材在焊接過(guò)程中，每個(gè)部分承受的熱量均不相同，且焊接的過(guò)程也各不相同，所以，在焊接結(jié)束后，板材進(jìn)行冷卻收縮時(shí)，其在橫向的收縮力并非均勻分布，這樣橫向變形便產(chǎn)生了。

3.彎曲變形

彎曲變形在焊接過(guò)程中較為常見(jiàn)，它對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。鋼材不管是縱向抑或是橫向變形，都會(huì)產(chǎn)生一定的彎曲變形。即使是相對(duì)比較穩(wěn)定的T型梁，當(dāng)梁的翼緣板與腹板厚度反差過(guò)大時(shí)(翼緣板過(guò)厚，腹板過(guò)薄)，此時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生彎曲變形［2］。

4.角變形

當(dāng)對(duì)厚板進(jìn)行焊接單面焊接時(shí)，焊接這面具有較高的溫度，與另一面形成較大的溫度差，在焊接完成后進(jìn)行冷卻時(shí)，焊接這面便會(huì)產(chǎn)生較大的收縮力。加熱的一面在橫向方向的收縮，就會(huì)引起一定角度的變形。

5.波浪變形

在對(duì)薄板進(jìn)行焊接時(shí)，在焊接完成冷卻的過(guò)程中，各焊接位置會(huì)產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生較大的應(yīng)力時(shí)，薄板就是不堪重負(fù)，在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生波浪變形。

6.扭曲變形

在焊接過(guò)程中，如果焊接的橫斷面產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)，在冷卻后，極易出現(xiàn)扭曲變形。導(dǎo)致扭曲變形的因素較多，且形成過(guò)程較為復(fù)雜，此處不再贅述。

二 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的控制措施

1.設(shè)計(jì)合理的焊縫

在鋼結(jié)構(gòu)中，連接是較為關(guān)鍵的一個(gè)工序，連接部分的承載能力應(yīng)大于等于整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的承載能力，即焊縫的強(qiáng)度要略大于鋼材的強(qiáng)度［3］。在對(duì)焊縫進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如果焊縫承受較大的載荷，則焊縫的設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)加大;焊縫的尺寸也不應(yīng)設(shè)計(jì)得過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)的焊縫變形的可能性就愈大，也增大了后續(xù)矯正的工作量;對(duì)T型接頭進(jìn)行焊縫設(shè)計(jì)時(shí)，焊接應(yīng)設(shè)計(jì)為開(kāi)坡口雙面焊，以保證構(gòu)件的強(qiáng)度。在對(duì)焊縫進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮到焊縫的總體布局，以減少整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的變形量，對(duì)焊縫的布局進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)遵循以下原則：焊縫設(shè)置對(duì)于整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)應(yīng)對(duì)稱，焊縫長(zhǎng)度應(yīng)適中，且焊縫分布應(yīng)分散開(kāi)來(lái)，平行的焊縫之前要間隔一定的距離。

2.合理的裝配和焊接順序

在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配時(shí)，應(yīng)制定合理的裝配順序。在裝配之前時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備一個(gè)水平的平臺(tái)，以保證構(gòu)件在平直的狀態(tài)下進(jìn)行施工。對(duì)于較小的鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一次裝配就可以完成，然后再進(jìn)行實(shí)施焊接工序;對(duì)于較大的鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)先將小件拼接、焊接之后，再進(jìn)行總體裝配、焊接。在拼裝時(shí)，如果外力過(guò)大時(shí)，不可進(jìn)行強(qiáng)制性的組對(duì)，以避免焊件產(chǎn)生變形。

在對(duì)構(gòu)件進(jìn)行焊接時(shí)，焊接順序的制定也應(yīng)遵循一定的原則。在焊接時(shí)，后面焊接的部分較之優(yōu)先焊接的部分變形要小些。因此，在進(jìn)行對(duì)稱的構(gòu)件焊接時(shí)，應(yīng)先把構(gòu)件拼裝好，然后再由2名焊工同時(shí)對(duì)稱實(shí)施焊接。如果焊縫分布不對(duì)稱，則要先焊接焊縫少的一面，后焊焊縫較多的一面，這樣一來(lái)，焊接的變形就會(huì)大大改善。

3.選擇合理的焊接工藝

在焊接時(shí)產(chǎn)生的能量愈小，構(gòu)件的變形就愈不明顯。因此，在焊接時(shí)，應(yīng)盡量選取小焊條、實(shí)施多層焊接，焊接電流以及焊接速度要進(jìn)行適當(dāng)選取。在進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)遵循先短后長(zhǎng)、先立角后平角、先對(duì)接后角接的原則。對(duì)于較長(zhǎng)的焊縫，為了減少加熱變形的問(wèn)題，可以采取間斷焊的方法，在進(jìn)行操作時(shí)，應(yīng)讓水平較好的焊工實(shí)施焊接，以避免產(chǎn)生焊接缺陷，保證鋼結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。

三 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形后的矯正

鋼結(jié)構(gòu)焊接的變形問(wèn)題如影隨形，避無(wú)可避，變形較小時(shí)，有時(shí)可以忽略不計(jì)，但變形超過(guò)要求范圍時(shí)，應(yīng)采取一定的措施進(jìn)行矯正，機(jī)械矯正和火焰矯正是當(dāng)前比較常用的矯正方法。

1.機(jī)械矯正

機(jī)械矯正是將構(gòu)件收縮變形的部分靠外力敲打的方式進(jìn)行矯正，使構(gòu)件恢復(fù)之前的形態(tài)。機(jī)械矯正的方法具有投入少、且高效的特點(diǎn)，在工業(yè)上通常使用較大噸位的壓力機(jī)進(jìn)行矯正。如果變形不甚嚴(yán)重，也可用錘子進(jìn)行敲擊矯正。如果構(gòu)件變形是由于焊縫收縮而引生的，則可以用錘子對(duì)焊縫的位置進(jìn)行敲打，在敲擊力量的作用下，焊縫會(huì)變得平展，改善之前收縮的形態(tài)。機(jī)械矯正法適用于塑性比較好的鋼材，如果鋼材比較容易脆斷，則在敲擊力的作用下，會(huì)使構(gòu)件產(chǎn)生損壞。

2.火焰矯正法

火焰矯正與焊接的原理相同，都是利用加熱的方式使構(gòu)件的形態(tài)發(fā)生變化，焊接是引起變形，而火焰矯正便是對(duì)變形進(jìn)行改善。從加熱溫度的角度對(duì)火焰矯正法進(jìn)行分類，可分為以下3種類型：500℃ ～600℃的低溫矯正、600℃ ～700℃的中溫矯正以及700℃ ～800℃的高溫矯正。矯正溫度的選擇應(yīng)立足于鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)橫梁產(chǎn)生向上的彎曲變形的情況，應(yīng)選擇低溫矯正;對(duì)縱向長(zhǎng)焊縫變形的情況，應(yīng)采取兩端加熱的方法，以減小焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，使彎曲變形得到有效改善。

四 結(jié)論

綜上所述，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，制定科學(xué)的焊接順序和焊接工藝，為改善鋼結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量提供保證。

［1］潘可明，紀(jì)榮洋.鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的原因及校正［J］.科技致富向?qū)В?011，(14)：136.

［2］王紅兵，黃正東.鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的成因及矯正方法［J］.建筑，2010(08)：52-54.

［3］歐陽(yáng)成渝，王文海.淺談控制鋼結(jié)構(gòu)焊接變形［J］.甘肅科技，2011，27(18)：152-153.