如何控制焊接應(yīng)力和變形

由于焊接產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形 ,嚴重影響著工程的質(zhì)量、安裝進度和結(jié)構(gòu)承載力 (即使用功能 ),急需采用合理的方法予以控制。
鋼結(jié)構(gòu)的焊接過程實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 ,導(dǎo)致焊件不均勻的膨脹和收縮,從而使焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力而引起焊接變形。

常見的焊接應(yīng)力有 :1)縱向應(yīng)力 ;2)橫向應(yīng)力 ;3)厚度方向應(yīng)力。

常見的焊接變形有:1)縱向收縮變形 ;2)橫向收縮變形 ;3)角變形 ;4)彎曲變形 ;5)扭曲變形 ;6)波浪變形。

針對這些不同種類的焊接變形和應(yīng)力分布,追溯根源,具體進行研究控制。

1、焊接變形的控制措施

全面分析各因素對焊接變形的影響 ,掌握其影響規(guī)律 ,即可采取合理的控制措施。

1.1　焊縫截面積的影響

焊縫截面積是指熔合線范圍內(nèi)的金屬面積。焊縫面積越大 ,冷卻時收縮引起的塑性變形量越大，焊縫面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的 ,而且是起主要的影響，因此，在板厚相同時，坡口尺寸越大，收縮變形越大。

1.2　焊接熱輸入的影響

一般情況下，熱輸入大時，加熱的高溫區(qū)范圍大，冷卻速度慢，使接頭塑性變形區(qū)增大。

1.3　焊接方法的影響

多種焊接方法的熱輸入差別較大，在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接常用的幾種焊接方法中，除電渣以外，埋弧焊熱輸入最大，在其他條件如焊縫斷面積等相同情況下，收縮變形最大，手工電弧焊居中，ＣＯ2氣體保護焊最小。

1.4　接頭形式的影響

在焊接熱輸入、焊縫截面積、焊接方面等因素條件相同時，不同的接頭形式對縱向、橫向、角變形量有不同的影響。常用的焊縫形式有堆焊、角焊、對接焊。

1)表面堆焊時，焊縫金屬的橫向變形不但受到縱橫向母材的約束，而且加熱只限于工件表面一定深度而使焊縫的收縮同時受到板厚、深度、母材方面的約束 ,因此 ,變形相對較小。

2)Ｔ形角接接頭和搭接接頭時，其焊縫橫向收縮情況與堆焊相似，其橫向收縮值與角焊縫面積成正比，與板厚成反比。

3)對接接頭在單道 (層 )焊的情況下，其焊縫橫向收縮比堆焊和角焊大，在單面焊時坡口角度大，板厚上、下收縮量差別大，因而角變形較大。

雙面焊時情況有所不同，隨著坡口角度和間隙的減小，橫向收縮減小，同時角變形也減小。

1.5　焊接層數(shù)的影響

1)橫向收縮：在對接接頭多層焊接時，第一層焊縫的橫向收縮符合對接焊的一般條件和變形規(guī)律，第一層以后相當(dāng)于無間隙對接焊，接近于蓋面焊道時與堆焊的條件和變形規(guī)律相似，因此，收縮變形相對較小。

2)縱向收縮：多層焊接時，每層焊縫的熱輸入比一次完成的單層焊時的熱輸入小得多，加熱范圍窄，冷卻快，產(chǎn)生的收縮變形小得多，而且前層焊縫焊成后都對下層焊縫形成約束 ，因此，多層焊時的縱向收縮變形比單層焊時小得多，而且焊的層數(shù)越多，縱向變形越小。

在工程焊接實踐中 ,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，了解各因素單獨作用的影響便于對工程具體情況做具體的綜合分析。所以 ,了解焊接變形產(chǎn)生的原因和影響因素 ,則可以采取以下控制變形的措施：

1)減小焊縫截面積，在得到完整、無超標(biāo)缺陷焊縫的前提下，盡可能采用較小的坡口尺寸 (角度和間隙 )。

2)對屈服強度 345ＭＰａ以下，淬硬性不強的鋼材采用較小的熱輸入，盡可能不預(yù)熱或適當(dāng)降低預(yù)熱、層間溫度；優(yōu)先采用熱輸入較小的焊接方法 ,如ＣＯ2氣體保護焊。

3)厚板焊接盡可能采用多層焊代替單層焊。

4)在滿足設(shè)計要求情況下，縱向加強肋和橫向加強肋的焊接可采用間斷焊接法。

5)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。

6)Ｔ形接頭板厚較大時采用開坡口角對接焊縫。

7)采用焊前反變形方法控制焊后的角變形。

8)采用剛性夾具固定法控制焊后變形。

9)采用構(gòu)件預(yù)留長度法補償焊縫縱向收縮變形，如Ｈ形縱向焊縫每米長可預(yù)留 0.5ｍｍ～ 0.7ｍｍ。

10)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。

11)在焊縫眾多的構(gòu)件組焊時或結(jié)構(gòu)安裝時，要采取合理的焊接順序。

12)設(shè)計上要盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，合理布置焊縫，除了要避免焊縫密集以外，還應(yīng)使焊縫位置盡可能靠近構(gòu)件的中和軸，并使焊縫的布置與構(gòu)件中和軸相對稱。

（二）