王永超

（身份證號：130181198206104833）

鋼結(jié)構(gòu)工程焊接應(yīng)力與變形問題分析

王永超

（身份證號：130181198206104833）

本文著重對焊接應(yīng)力及焊接變形的危害及所采取的對應(yīng)措施進行分析。

1　焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生機理

焊接熱輸入引起材料不均勻局部加熱，使焊縫區(qū)熔化，而熔池毗鄰的高溫區(qū)材料的熱膨脹則受到周圍材料的限制，產(chǎn)生不均勻的壓縮塑性變形。在冷卻過程中，已發(fā)生壓縮塑性變形的這部分材料又受到周圍材料的制約，不能自由收縮，在不同程度上又被拉伸而卸載，與此同時，熔池凝固，金屬冷卻收縮也產(chǎn)生了相應(yīng)的收縮拉應(yīng)力和變形。焊接殘余應(yīng)力和變形，嚴重影響焊接構(gòu)件的承載力和構(gòu)件的加工精度，應(yīng)從設(shè)計、焊接工藝、焊接方法、裝配工藝著手降低焊接殘余應(yīng)力和減小焊接殘余變形。

2　焊接殘余應(yīng)力的危害及降低焊接應(yīng)力的措施

2.1焊接殘余應(yīng)力的危害

影響構(gòu)件承受靜載能力；影響結(jié)構(gòu)脆性斷裂；影響結(jié)構(gòu)的疲勞強度；影響結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性；易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂；影響構(gòu)件精度和尺寸的穩(wěn)定性。

2.2降低焊接應(yīng)力的措施

2.2.1設(shè)計措施

盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，在減小變形量的同時降低焊接應(yīng)力；防止焊縫過于集中，從而避免焊接應(yīng)力峰值疊加；要求較高的容器接管口，宜將插入式改為翻邊式。

2.2.2工藝措施

采用較小的焊接線能量，減小焊縫熱塑變的范圍，從而降低焊接應(yīng)力；合理安排裝配焊接順序，使焊縫有自由收縮的余地，降低焊接中的殘余應(yīng)力；層間進行錘擊，使焊縫得到延展，從而降低焊接應(yīng)力；焊接高強鋼時，選用塑性較好的焊條；預(yù)熱拉伸補償焊縫收縮（機械拉伸或加熱拉伸）；采用整體預(yù)熱；降低焊縫中的含氫量及焊后進行消氫處理，減小氫致集中應(yīng)力。

采用熱處理方法：整體高溫回火、局部高溫回火或溫差拉伸法（低溫消除應(yīng)力法，伴隨焊縫兩側(cè)的加熱同時加水冷）。

3　焊接變形的危害性及預(yù)防焊接變形得到措施

3.1焊接變形的分類

焊接變形可以區(qū)分為在焊接熱過程中發(fā)生的瞬態(tài)熱變形和室溫條件下的殘余變形，又可分為焊接的面內(nèi)變形和面外變形。面內(nèi)變形可分為焊縫縱向收縮變形、橫向收縮變形和焊縫回轉(zhuǎn)變形；面外變形可分為角變形、彎曲變形、扭曲變形、矢穩(wěn)波浪變形。

3.2焊接變形的危害

降低裝配質(zhì)量；影響外觀質(zhì)量，降低承載力；增加矯正工序，提高制造成本。

3.3預(yù)防焊接變形的措施

3.3.1進行合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計

合理安排焊縫位置。焊縫盡量以構(gòu)件截面的中性軸對稱；焊縫不宜過于集中；合理選擇焊縫尺寸和形狀。在保證結(jié)構(gòu)有足夠承載力的前提下，應(yīng)盡量選擇較小的焊縫尺寸，同時選用對稱的坡口；盡量減小焊縫數(shù)量，減小焊縫長度。

3.3.2采取合理的裝配工藝措施

（1）預(yù)留收縮余量法。為了防止焊件焊接以后發(fā)生尺寸縮短發(fā)生縮短的尺寸，可以通過計算，將發(fā)生縮短的尺寸在焊前預(yù)留出來。為了保證預(yù)留的準確，應(yīng)將估算、經(jīng)驗和實測三者結(jié)合起來。

（2）反變形法。為了抵消焊接變形，在焊前裝配時，先將焊件向焊接變形相反的方向進行人為的變形，這種方法稱為反變形法。只要預(yù)計準確，反變形控制得當，就能取得良好的效果。反變形法常用來控制角變形和防止殼體局部下塌。

（3）剛性固定法。剛性固定法適用于較小的焊件，在焊接施工中應(yīng)用較多，對角變形和波浪交形有顯著的效果。為了防止薄板焊接時的變形，常在焊縫兩側(cè)加型鋼、壓鐵或楔子壓緊固定。此法在焊接大型儲罐底板時采用較多。裝配壓力容器及球罐時，往往采用弧形加強板、日字形夾具進行剛性固定。

（4）合理的選擇裝配程序。對于大型焊接結(jié)構(gòu)，適當?shù)胤殖蓭讉€部件，分別進行裝配焊接，然后再拼焊成整體。這樣，小部件可以自由地收縮，而不至于引起整體結(jié)構(gòu)的變形。如儲罐底板焊接可前焊短焊縫，再焊長焊縫采用合理的焊接工藝措施。

3.3.3采取合理的焊接工藝措施

（1）合理的焊接方法。盡量用氣體保護焊等熱源集中的焊接方法。不宜用電弧焊，特別不宜選用氣焊。

（2）合理的焊接規(guī)范。盡量采用小規(guī)范，減少焊接線能量。

（3）合理的焊接順序和方向。儲罐底板焊接時，應(yīng)先焊短焊縫、后焊長焊縫，待底邊板與壁板的角焊縫焊完后，最后焊接邊板與中幅板之間的收縮焊縫。焊接長焊縫時，可采用分段倒退焊及分段跳焊等方法；焊接X形坡口的厚板多道焊時，采用對稱交替焊。

（4）進行層間錘擊。

4　除了以上所述，加強焊前檢驗也能有效的控制焊接應(yīng)力及焊接變形

（1）對原材料進行檢查，主要包括對母材、焊條（焊絲）保護氣體、焊劑、電極等進行檢查，是否與合格證及國家標準相符合。

（2）對焊工進行安全技術(shù)交底，明確焊接工藝要求、焊接質(zhì)量要求和安全防范要求。

（3）對焊接設(shè)備進行檢查，包括焊接設(shè)備的型號、電源極性是否符合工藝要求。

（4）對工件裝配質(zhì)量檢查，包括裝配質(zhì)量是否符合圖樣要求，坡口表面是否清潔、裝夾具及點固焊是否合理，裝配間隙和錯邊是否符合要求，是否考慮焊接收縮量。

（5）焊工資格檢查，包括焊工資格是否在有效期內(nèi)，考試項目是否與實際焊接相適應(yīng)，包括焊接方法、焊接材料及工件規(guī)格。

（6）焊接環(huán)境檢查，包括是否考慮焊接環(huán)境中的風、雨、雪襲擊和采取防護措施。焊接環(huán)境溫度低于規(guī)范允許值時，與所焊材質(zhì)、焊件厚度及預(yù)熱措施是否相適應(yīng)。

5　結(jié)語

由于鋼結(jié)構(gòu)工程的特有型，焊接作業(yè)時鋼結(jié)構(gòu)工程最重要的工序之一，而焊接應(yīng)力及焊接變形產(chǎn)生是影響鋼結(jié)構(gòu)安全性及可靠性的重要因素。

TU391

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1673-0038（2015）31-0193-01

2015-7-4