夏秋萍，唐照國，王賢軍

(1．天臺縣宏達機械設備安裝有限公司，浙江天臺317200;2．新昌德力石化設備有限公司，浙江新昌312500;3．浙江臨東工貿有限公司，浙江臨海317015)

0 引言

焊接是種熱加工，加工過程中就會存在焊接應力和焊接變形，焊接變形的產生不僅影響了鋼結構的外觀，降低裝配質量，增加制造成本，還會降低焊接接頭的性能和降低結構的承載能力，如果嚴重的話會導致焊件報廢，還可能在使用過程中造成人身財產安全隱患。因此，焊接施工前必須對焊接變形不同類型和產生原因進行全面分析，并采取有力的措施控制焊接變形量，以確保鋼結構工程質量。

1 焊接應力和焊接變形

焊接過程中，對焊件進行局部不均勻的加熱是產生焊接應力和焊接變形的主要原因。焊接應力和焊接變形既同時存在又相互制約。如果焊接應力減小則焊接變形會增大，如果焊接應力增大則焊接變形會減小，一般焊接應力和焊接變形都減小是不可能的。在實際制造過程中，往往焊后的焊接結構既存在焊接應力，又產生焊接變形。如果要使焊接應力和焊接變形都減小，就不得不采取一定的工藝措施，比如焊后消除應力熱處理，錘擊焊縫等可以減少焊接應力，采取合理的焊接工藝可以減少焊接變形。

2 焊接變形的分類和產生的原因

1)焊接變形的分類。焊接變形通常指的是焊接殘余變形。焊接殘余變形是影響焊接質量的主要因素。焊接殘余變形對結構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。鋼結構發(fā)生較多的變形類型是整體變形。

2)焊接變形產生的原因。①鋼結構剛度:剛度是指結構體對拉伸方向和彎曲變形的抵抗能力。鋼結構的剛度主要取決于結構截面形狀和尺寸的大小。例如工字鋼截面和縱向桁架變形量，主要取決于其橫截面積的大小，橫截面積大剛度好，抗變形能力強。②焊接連接縫的位置和數(shù)量:從經濟上考慮，一般會盡量選用尺寸規(guī)格小的型鋼，當鋼結構剛度不足時，就應在設計焊接連接縫位置和數(shù)量時，盡量減少焊縫數(shù)量，考慮在結構上對稱安排，使得構件只能產生線性變形;當焊縫為不對稱的安排，則會產生彎曲變形和角變形。③裝配順序:一般焊件整體剛性比零部件的剛性大，從增加剛性減小變形的角度考慮，對于截面對稱、焊縫對稱的焊件，采用整體裝配焊接，產生的焊接變形較小。然而有時因為結構復雜，不能整體裝配，而是邊裝配邊焊接。④焊接工藝方面:焊接線能量對焊接變形的影響也比較大，隨著焊接線能量的增加，加熱寬帶增加，引起的焊接變形也增大。斷續(xù)式焊縫與連續(xù)焊縫相比收縮變形量小。焊接變形還與坡口形式有關，坡口角度越大，則產生的角變形大。因此，在焊接施工過程中必須制訂合理的焊接工藝措施。

3 鋼結構焊接變形防治措施

3．1 焊接節(jié)點構造設計

1)控制焊縫的數(shù)量和大小。鋼結構焊縫數(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，在鋼結構焊接節(jié)點構造設計時，應設法控制焊縫的數(shù)量和大小，盡可能減少焊接變形。鋼結構所使用的工字鋼、槽鋼、角鋼等結構材料盡可能長、盡可能少拼焊以減少焊縫數(shù)量。

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能夠確保鋼結構整體的承載能力充分。板厚14 mm以上的對接焊縫采用X坡口如圖1，采用雙面焊，角焊縫采用對稱焊縫如圖2。

3)焊接節(jié)點的位置應處于構件截面的對稱處，結構中性軸焊接節(jié)點的位置應盡可能在構件截面的中性軸對稱位置，同時應避免在高應力區(qū)。

4)對于節(jié)點形式的選擇，應選用的剛性小的節(jié)點形式。避免由于焊縫集中而導致的高溫和焊縫應力集中，從而減少焊接變形。

圖1 坡口示意圖

圖2 角焊縫示意圖

3．2 焊接工藝措施

1)組裝和焊接順序。鋼結構的制作、組裝應該在一個標準的水平臺上進行。該平臺應確保所受的自重壓力的程度足夠大，不會出現(xiàn)鋼構件失穩(wěn)和下沉的現(xiàn)象，以滿足構件組裝的基本要求。在焊接小型構件時可一次完成，即在焊接固定好位置后，用合適的焊接順序組裝完畢。而大型鋼結構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。

2)預留收縮余量。由于在冷卻過程中焊縫會產生收縮反應，結果減少了工件焊接后的尺寸。在大型構件焊接時常用預留收縮余量的方法。預留收縮余量就是在焊接前特意將構件長度加長一點點，或者組裝時留一些間隙，防止構件尺寸焊后縮短，留間隙會增加填充量，焊接熱量加大，又會另外增加了焊接變形，所以通常是將構件尺寸放長一點點，留有收縮量，焊后便保證了構件的尺寸。

3)反變形。由于在冷卻過程焊縫會產生收縮產生拉應力，使得構件發(fā)生變形，在大型構件焊接時常用反變形的方法。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先壓彎蓋板;為保證扁鋼與工字鋼焊后保持垂直，可先將扁鋼向后焊一邊傾斜一個小角度(通常2°左右)，焊后變形會垂直(如圖3)。

4)剛性固定法。大型結構件在焊接接頭時各個工件和零件在自重和焊接應力的作用下，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，還需要用一些焊接夾具將構件夾緊以使得焊接過程中構件得以固定，可使結構件的水平度和垂直度得到保證。

圖3 扁鋼與工字鋼焊接的反變形示意圖

4 結語

通過采取適當?shù)暮附庸?jié)點構造設計措施和焊接工藝技術措施，可以有效地控制鋼結構的焊接變形，達到確保工程質量和進度的目的。并在實踐中不斷總結和積累焊接經驗，以提高控制焊接應力和焊接變形的技術水平，確保鋼結構工程質量，并提高工程施工效率，為人身財產安全提供可靠的保障。

［1］王國凡．鋼結構焊接制造［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2004．

［2］焊接材料、工藝及設備手冊［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2001．