鋼結(jié)構(gòu)焊接變形防治方法

劉立鋒

摘要:焊接變形對鋼結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量造成了不利影響。文章詳細分析了鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的基本類型及其原因。為了有效防治焊接變形,必須精心焊接節(jié)點構(gòu)造設(shè)計,提高焊接工藝質(zhì)量,加強工程施工管理。

關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);焊接;變形

中圖分類號:TG441.7 文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)20-0151-01

1焊接變形的基本類型分析和原因分析

{1}焊接變形的基本類型。所謂焊接變形是指鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中,由于施焊電弧高溫引起的變形,以及焊接完成后在構(gòu)件中的殘余變形現(xiàn)象。在這兩類變形中,焊接殘余變形是影響焊接質(zhì)量的主要因素,也是破壞性最強的變形類型。焊接殘余變形對結(jié)構(gòu)的不同層次的影響分為整體變形和局部變形;根據(jù)變形的不同特點則可分為:角變形、彎曲變形、收縮變形、扭曲變形、波浪變形和錯邊變形。在這些變形類型中,角變形和波浪變形屬于局部變形,而其他類型的變形屬于整體變形。鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生較多的變形類型是整體變形。②焊接變形產(chǎn)生的原因分析。鋼結(jié)構(gòu)剛度:鋼結(jié)構(gòu)的剛度主要取決于結(jié)構(gòu)截面形狀和尺寸的大小。焊接連接縫位置和數(shù)量:當鋼結(jié)構(gòu)剛度不足時,在設(shè)計焊接連接縫位置和數(shù)量時,應(yīng)在結(jié)構(gòu)體對稱安排,且焊接順序是合理的,構(gòu)件只能產(chǎn)生線性變形;當焊縫為不對稱的安排,產(chǎn)生的多為彎曲變形。焊接工藝:焊接電流偏大、焊條直徑較粗,使得焊接速度緩慢,可能導致焊接變形大;厚鋼板焊接時,手工焊接方法比自動焊接方法引起的變形量較小;采用多層焊接工藝時,首層的焊縫收縮變形最大,第二和第三層焊接變形量分別是首層的20%和5%10%。也就是說,多層焊接的層數(shù)越多,焊接變形越明顯;斷續(xù)式焊縫與連續(xù)焊縫相比收縮變形量小;對接式焊縫的橫向收縮變形量比縱向收縮變形量大2至4倍;焊接順序不當或在沒有焊接妥當分部構(gòu)件時就進行整體組裝焊接,很容易產(chǎn)生焊接變形。因此,為了防治焊接變形,在焊接施工過程中必須制訂合理的工藝措施。

2鋼結(jié)構(gòu)焊接變形防治

2.1焊接節(jié)點構(gòu)造設(shè)計

①控制焊縫的數(shù)量和大小。鋼結(jié)構(gòu)焊縫數(shù)量多、尺寸大,焊接時的熱輸入量也越多,造成的焊接變形也更大。因此,在鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點構(gòu)造設(shè)計時,應(yīng)設(shè)法控制焊縫的數(shù)量和大小,盡可能減少焊接變形。②根據(jù)焊接工藝選擇適合的焊縫坡口的形狀和尺寸。對焊縫坡口形成與大小合理的選擇應(yīng)能夠確保鋼結(jié)構(gòu)整體的承載能力充分。適當?shù)钠驴谛螤詈痛笮?可以通過減少截面積,進一步減少結(jié)構(gòu)的焊接變形量。③焊接節(jié)點的位置應(yīng)處于構(gòu)件截面的對稱處。結(jié)構(gòu)中性軸焊接節(jié)點的位置應(yīng)盡可能在構(gòu)件截面的中性軸對稱位置,或盡量接近中性軸,同時應(yīng)避免在高應(yīng)力區(qū)。④對于節(jié)點形式的選擇,應(yīng)選用的剛性小的節(jié)點形式。節(jié)點應(yīng)避免在雙向、三向交叉處,這樣避免由于焊縫集中而導致的高溫和焊縫應(yīng)力集中,從而減少焊接變形。

2.2工藝措施

①組裝和焊接順序。鋼結(jié)構(gòu)的制作、組裝應(yīng)該在一個標準的水平面上進行。該平臺應(yīng)確保所受的自重壓力的程度足夠大,不會出現(xiàn)鋼構(gòu)件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn)象,以滿足構(gòu)件組裝的基本要求。在焊接小型構(gòu)件時可一次完成,即在焊接固定好位置后,用合適的焊接順序組裝完畢。而大型鋼結(jié)構(gòu)組裝與焊接需要先將小件組焊接完畢,然后再進行最后的組裝和焊接。在進行部件組裝時,為了防止組裝過程中產(chǎn)生過度的應(yīng)力和變形,應(yīng)該使不同型號的零配件符合構(gòu)件規(guī)定的規(guī)格、形狀大小和樣板的要求,并且組裝時不能有較大外力強制拼裝,以防止零部件過度焊接應(yīng)力和較大約束力帶來的變形。此外,組裝與焊接過程中應(yīng)使焊接接頭熱量均勻,消除應(yīng)力并減少變形;焊縫應(yīng)做到對接間隙、坡口角度、搭接長度和T形貼角的尺寸無誤,且形式、大小應(yīng)與構(gòu)件的設(shè)計和焊接規(guī)范一致。②反變形。由于在冷卻過程焊縫會產(chǎn)生收縮反應(yīng),結(jié)果使得減少了工件焊接后的尺寸。針對這個問題,為了彌補熱脹冷縮帶來的變形,在大型構(gòu)件焊接時常用反變形的方法。反變形方法是在進行焊接前使構(gòu)件預(yù)先發(fā)生變形,使變形方向和焊接變形方向相反、變形量大小基本相等。例如,為了防止工字鋼梁上下蓋板的焊接角變形,可以在焊前用油壓機或折邊機在相反方向預(yù)先壓彎蓋板。③焊件夾具。大型結(jié)構(gòu)件在焊接接頭時各個工件和零件在自重和焊接應(yīng)力的作用下,要想使其位置固定是比較困難的。所以,每件焊接工件和零件除了要用焊接平臺固定位置外,還需要用到焊件夾具有效地夾緊。

3結(jié) 語

在大多數(shù)的情況下,通過采取適當?shù)暮附庸?jié)點構(gòu)造設(shè)計措施和技術(shù)措施,可以有效地控制鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形。但由于材料、結(jié)構(gòu)以及焊接施工現(xiàn)場環(huán)境等因素的復雜多變,還應(yīng)該在實踐中不斷總結(jié)和積累焊接經(jīng)驗,提高控制焊接應(yīng)力和焊接變形技術(shù)水平。

參考文獻:

[1] 鄧文英.金屬工藝學[M].北京:高等教育出版社,2003.