控制钢结构焊接变形

控制钢结构焊接变形（精选12篇）

控制钢结构焊接变形 第1篇

1 焊接结构件变形分类

焊接结构件变形的原因有很多, 其中就包括母材的材质导致的变形、填充材料导致的变形、焊接方法不娴熟或者方法不正确导致的变形、焊接参数 (WPS文件参数) 导致的变形[1]、焊接顺序不正确导致的变形、还有冷却时间及焊接过程中是否有约束等问题导致的焊接结构件变形等原因, 但是这些原因归根结底是由于焊接残余应力造成的, 而焊接结构变形又可以分为以下几类:收缩变形——其包括垂直于焊缝方向引起的横向收缩和焊缝方向引起的纵向收缩;弯曲变形——这个包括由于横向收缩引起的弯曲变形和由于纵向收缩引起的弯曲变形;扭曲变形——构件绕自身轴线的扭曲;波浪边形——波浪变形时由于薄板焊接产生残余压缩应力使得构件出现因为压缩而形成的。

2 焊接结构件变形的预防措施和手段

以CRH3型及CRH5型动车组转向架焊接构架为例, 来提出本文研究的焊接结构件变形的预防措施和手段主要有以下方面。

2.1 完善和改进焊接的结构是其中一方面

如果想要控制和预防焊接结构件的变形, 首当其冲就得在设计方面下功夫, 前提设计好合理的结构, 只有把设计做好了, 才能为下面的步骤打好基础。做好设计的具体措施有:选择合理的焊缝形式和大小合适的尺寸;若是遇到不必要的焊缝要尽量减少;为了避免焊缝太集中就必须合理安排焊缝的位置。

2.2 刚性固定法的使用[2]

一般说来, 刚性大的结构件经过焊接后发生变形的可能都会比较小, 而刚性比较小的结构件经过焊接后可能会产生大的变形, 那么对待这种容易变形的结构件就得采用专用的夹具、支撑杆、胎具或点固在工作台上来提高它的刚性, 以此来减小变形情况的发生, 这种方法在实践中比防止角变形和波浪变形更加有效, 但必须指出的是, 工人在工件焊接后, 得等焊接后工件温度下降到室内温度后, 才能拿开固件, 否则就容易出现事故。再则一方面, 拿掉刚性固定前一定得采用锤击敲打的方式来消除部分应力, 减小变形。

2.3 收缩变形余量的预留

根据焊接收缩理论, 得出计算值 (箱形梁四周施焊收缩量2mm/m, 其他结构依此类推) 和经验值 (参数的统计时根据同一部件数个产品焊接后或类比以往相似结构来统计参数) , 收缩余量是在工件下料及加工时预先考虑的问题, 这是为了便于达到焊接工件所要求的形状、尺寸等, 在焊缝收缩的方向上预先留出收缩量, 保证焊接后的构件满足要求的尺寸。

应值得一提的是, 如果焊缝的形状在实际生产中达不到规则形状, 预留的焊接收缩量就不能用平常的理论公式来计算, 而是需要进行多个实际产品的焊接试验来确定焊接的收缩量[3]。

2.4 反变形法的使用

理论计算值和经验可以预先估计出结构焊件变形的大小和方向, 以保证在焊接装配时能给予一个方向相反大小也相等的人为的变形, 焊接的不对称会导致收缩变成角变形, 那么就可以在装配时加上一个与变形相反的角度, 这样就使得焊接后的变形与反变形相互抵消, 那么工件也就满足要求的尺寸。

2.5 焊接方法必须合理

合理的焊接方法在机械制作中是极其重要的, 焊接采用的方法不同, 产生的线能量也会有不同, 如果选用线能量比较低的焊接方法的话, 变形就可以得到有效的控制, 还能减小焊接塑性压缩区, 而目前主要采用三种焊接方法焊接转向架构架:二氧化碳气体保护焊 (135) 、手工电焊弧 (111) 、无极氩弧焊 (141) [4], 目前这三种是比较常见的焊接方法, 这些焊接方法都可以降低焊接变形量。

2.6 焊接预热、焊接后消应力热的处理

焊接预热使得焊缝周围的母材温度升高会降低焊缝金属与周围母材的温差, 如此一来, 降低焊接收缩内应力将会减少焊接的变形程度, 焊缝区温度的不均匀将难免造成很高的内应力, 而这样的焊接内应力又会使得焊件在加工过程中产生变形甚至爆裂, 若通过适当的预热, 再对焊件加工处理, 就可以减少焊件变形或爆裂事故的发生。

3 如何纠正焊接变形

焊件变形不仅对于工作人员有很大影响, 而且对整个工作的进行都会产生不利的反应, 而若能将变形纠正过来, 将会使得工作得以顺利地进行, 纠正焊接变形的方法主要有2种——机械纠正和火焰加热纠正, 他们实质上都是使得焊接结构件产生新的变形来抵消焊接变形。

3.1 机械纠正方法

给构件施加来自外部的机械力, 使得构件产生与原来的焊接变形的方向相反的塑性变形, 以便于能够抵消焊接变形, 这样的方法叫做机械纠正。而来自外部机械力的施加则可以通过锤击、压力机及碾压等方法来实现, 但这种方法只适合刚性较小且不太厚的板结构。

工作人员在使用机械纠正的过程中一定要注意采用校直机进行, 因为这种校直方法生产效率较高, 但是工作人员必须具有丰富的工作经验, 否则就容易导致将构建表面弄出压痕或焊缝区域出现裂纹等。

3.2 火焰加热的纠正方法

利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形使得构件较长的部分在冷却过后缩短以抵消变形, 这种方法叫火焰加热纠正, 不过这种方法一般主要适用于各种低碳钢和大部分的低合金结构钢, 却不适用于有晶间腐蚀倾向的不锈钢和淬硬倾向较大的钢, 工作人员在进行火焰加热过程中, 也可以同时施加机械力, 这样可以有效地提高矫正效果, 构件的结构特点和焊接变形的实际情况决定了是选择点状加热、线状加热还是三角形加热等方式。

工作人员在操作过程中, 应当严格控制火焰的温度, 温度较低或较高都无法适度地进行调配和控制, 温度较低无法调整尺寸, 温度过高又会造成加热区域硬度降低从而导致整体强度下降, 因此操作的工作人员必须具有丰富的经验, 但是与机械纠正相比, 火焰加热纠正的效率较低但适用范围较广。

4 结语

关于对焊接变形的讨论和改进研究对大型的焊接结构件的制造, 如:轨道车辆转向架;钢、铝合金结构的车体等的制造具有十分重要的意义和价值。根据理论结合实践的指导方法, 把理论计算结合到实际产品的实验分析结果, 由此再来制定出相应的工艺措施, 这样不断能保证质量问题, 还能对生产效率和降低生产成本产生较大的影响。

参考文献

[1]熊大胜.减少大型焊接结构件变形的措施[J].金属加工 (热加工) , 2010 (2) :20.

[2]罗满香.焊接变形工艺校正方法的研究[J].科技创新导报, 2010 (18) :44.

[3]彭尚.一种矫正钢模焊接弯曲变形的新工艺[J].铁道建筑技术, 2003 (4) :32.

钢结构焊接变形防治方法论文 第2篇

①控制焊缝的数量和大小。钢结构焊缝数量多、尺寸大，焊接时的热输入量也越多，造成的焊接变形也更大。因此，在钢结构焊接节点构造设计时，应设法控制焊缝的数量和大小，尽可能减少焊接变形。

②根据焊接工艺选择适合的焊缝坡口的形状和尺寸。对焊缝坡口形成与大小合理的选择应能够确保钢结构整体的承载能力充分。适当的坡口形状和大小，可以通过减少截面积，进一步减少结构的焊接变形量。

③焊接节点的位置应处于构件截面的对称处。结构中性轴焊接节点的位置应尽可能在构件截面的中性轴对称位置，或尽量接近中性轴，同时应避免在高应力区。

④对于节点形式的选择，应选用的刚性小的节点形式。节点应避免在双向、三向交叉处，这样避免由于焊缝集中而导致的高温和焊缝应力集中，从而减少焊接变形。

2.2工艺措施

①组装和焊接顺序。钢结构的制作、组装应该在一个标准的水平面上进行。该平台应确保所受的自重压力的程度足够大，不会出现钢构件失稳和下沉的现象，以满足构件组装的基本要求。在焊接小型构件时可一次完成，即在焊接固定好位置后，用合适的焊接顺序组装完毕。而大型钢结构组装与焊接需要先将小件组焊接完毕，然后再进行最后的组装和焊接。在进行部件组装时，为了防止组装过程中产生过度的应力和变形，应该使不同型号的零配件符合构件规定的规格、形状大小和样板的要求，并且组装时不能有较大外力强制拼装，以防止零部件过度焊接应力和较大约束力带来的变形。此外，组装与焊接过程中应使焊接接头热量均匀，消除应力并减少变形;焊缝应做到对接间隙、坡口角度、搭接长度和T形贴角的尺寸无误，且形式、大小应与构件的设计和焊接规范一致。

②反变形。由于在冷却过程焊缝会产生收缩反应，结果使得减少了工件焊接后的尺寸。针对这个问题，为了弥补热胀冷缩带来的变形，在大型构件焊接时常用反变形的方法。反变形方法是在进行焊接前使构件预先发生变形，使变形方向和焊接变形方向相反、变形量大小基本相等。例如，为了防止工字钢梁上下盖板的焊接角变形，可以在焊前用油压机或折边机在相反方向预先压弯盖板。

③焊件夹具。大型结构件在焊接接头时各个工件和零件在自重和焊接应力的作用下，要想使其位置固定是比较困难的。所以，每件焊接工件和零件除了要用焊接平台固定位置外，还需要用到焊件夹具有效地夹紧，以便防止工件发生变形。

3结语

在大多数的情况下，通过采取适当的焊接节点构造设计措施和技术措施，可以有效地控制钢结构的焊接变形，以达到确保工程质量的目的。但由于材料、结构以及焊接施工现场环境等因素的复杂多变,还应该在实践中不断总结和积累焊接经验,提高控制焊接应力和焊接变形技术水平。

参考文献：

[1]邓文英.金属工艺学.北京:高等教育出版社,.

薄板结构件焊接变形的控制和矫正 第3篇

【关键字】薄板结构件；焊接变形；控制；矫正

前言

近些年来，随着我国工业技术的快速发展，焊接结构正以其生产工作简单、制作周期较短等诸多优点，被广泛应用于复杂结构件的制作中。可以说，焊接俨然已经成为工业制作的重要手段，并在工业发展中占据着十分重要的地位。然而，由于焊接是一种局部不均匀加热与冷却的过程，在焊接过程中及焊后极易造成焊接结构件的变形，严重影响结构件的使用与成品结构件的质量。特别是薄板结构件焊接变形，更是需要高超的技术进行控制与矫正。所以，对薄板结构件焊接变形的控制早已成为工业企业生产、加工的难点。以下笔者即结合个人实践工作经验，从影响焊接结构件变形的原因入手进行粗浅的分析，并提出控制与矫正薄板结构件焊机变形的个人建议，以供参考。

1、产生焊接变形的原因

焊接是一种不均匀快速加热和冷却的过程，所以在焊接过程中及焊后极易造成焊接结构件变形，给结构件的使用造成严重影响。所以，加强对焊接结构件焊接变形的研究与控制尤为重要。而笔者通过对大量的实践数据分析得知，目前引发焊接变形的最根本原因主要是由焊接过程中的热变形与焊接结构件的刚性条件所造成的。其中，引发焊接热变形的主要因素，主要有以下几点：焊接工艺方法；焊接参数；焊缝数量和断面大小；施工方法；材料的热物理性能等。而影响焊接结构件刚性系数的因素，又可分为以下几点：构件的尺寸和形状；胎夹具的应用；装配焊接程序等。

2、薄板结构件焊接变形的种类

通过大量的数据分析，我们可以得知，无论是任何钢结构，其在发生焊接变形时，其变形总类主要可以分为：整体变形与局部变形两种，薄板结构件自然也不例外。目前薄板结构件焊接变形中的整体变形，就是指焊接以后，整个构件的尺寸或形状都发生的变化，如：纵向、横向收缩，弯曲和扭曲变形等。而薄板结构件焊接变形中的局部变形则是指，焊接以后构件的局部区域出现变形，包括角变形与波浪变形等。

3、控制与矫正薄板结构件焊接变形的具体措施

3.1薄板结构件焊接变形的控制措施

因为在焊接过程中，薄板结构件的焊接变形主要是受到热变形与刚性条件的影响。所以，我们可以看出，在焊接过程中要想完全消除焊接变形是不太可能的。而为了进一步确保焊接构件的使用与成品质量，就必须从薄板结构件设计与施工工艺两个方面入手，对焊接变形加以控制。

在设计上，薄板结构件设计除了要满足构件的强度与使用性能之外，还必须满足构件制造中焊接变形最小及耗费劳动时最低的要求。特别是因为，往往在设计图纸中，对版缝布置工艺一旦考虑不周，势必会引发焊接变形。所以，优化板缝的布置，尤为重要。

在施工工艺上，合理的焊接工艺是减少焊接变形，减少应力集中的有效方法。所以，在焊接过程中，为了控制薄板结构件焊接变形，可采取的工艺控制方法，主要有几下几点：第一，在无装配应力强制下进行构件装配；第二，采用自动焊和其他气体保护焊工艺；第三，合理选择焊接规范参数和装配焊接顺序。减少焊丝供给量，降低电流、电压，改变极性。先焊短焊缝后焊长焊缝，采取分段退焊，由内向外依次进行；第四，合理运用刚性固定法，反变形法。

3.2薄板结构件焊接变形的矫正措施

在钢结构的建造过程中，尽管我们已经在其结构件的设计与施工工艺上采取了必要的控制措施，但是由于在实际焊接过程中，引起焊接特点与工艺的复杂性等多方因素影响，一旦出现超出设计要求，工艺所能控制的焊接变形，就必须要进行必要的矫正，以此最大程度降低焊接变形所带了质量与使用上的影响。

目前我们所说的薄板结构件焊接变形矫正多指局部变形矫正，如：角变形、弯曲变形、波浪变形等等。而对于构件结构的整体变形如纵向和横向收缩，则只能通过下料或装配时预防余量来补偿。

在矫正过中，通过采用机械矫正法与火焰矫正法两种方法：第一，机械矫正法。在实际生产中使用机械矫正法矫正钢结构时，极易引起金属冷作硬化，消耗塑性储备，所以一般情况下，机械矫正法多运用在塑性良好的材料中，如：大型油压机、摩擦压力机等方面的矫正；第二，火焰矫正法。对钢结构使用火焰矫正法时，当矫正冷却后，其焊接构件这部分金属就会获得不可逆转的压缩塑性变形，从而是整个焊接构件变形得到矫正。值得注意的是，在矫正过程中，由于火焰矫正法同样需要消耗一部分塑性材料，所以对于脆性材料活脆性差的材料要谨慎使用。同时，在矫正过程中，也要适当控制火焰加热的温度，温度过高会是材料的机械性能减低，温度过低则会使矫正效率减低。而冷却速递却对矫正效果不产生任何影响。也正因如此，在施工过程中，可采用边加热边喷水冷却的方法，即能提高工作效率，又能提高矫正效果。

结束语

浅谈控制钢结构焊接变形 第4篇

关键词：钢结构,焊接,变形,控制

钢结构工程因其具有跨度大、利用空间大、施工速度快、经济且实用等特点被广泛利用于企业厂房及跨度较大的建筑上。钢结构工程质量直接影响着建筑结构及使用安全。作为钢结构制作和连接的主要技术, 焊接已经被广泛应用于钢结构的制作和安装工艺之中。然而, 焊接中产生的变形问题不仅影响了钢结构的外观和使用性能, 如果严重的话甚至会导致焊件报废, 给企业造成直接经济损失。特别是在大型钢结构件的焊接作业中, 这一问题表现得尤其突出。有鉴于此, 必须对焊接变形不同类型和原因进行全面分析, 并采取有力措施控制焊接变形量, 以确保不断提高生产效率和钢结构工程质量, 降低企业生产成本。

1 焊接变形的基本类型分析和原因分析

1.1 焊接变形的基本类型

所谓焊接变形是指钢结构在焊接过程中, 由于施焊电弧高温引起的变形, 以及焊接完成后在构件中的残余变形现象。在这两类变形中, 焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素, 也是破坏性最强的变形类型。焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形;根据变形的不同特点则可分为:角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错边变形。在这些变形类型中, 角变形和波浪变形属于局部变形, 而其他类型的变形属于整体变形。钢结构发生较多的变形类型是整体变形。

1.2 焊接变形产生的原因分析

1.2.1 钢结构刚度

刚度是指结构体对拉伸方向和弯曲变形的抵抗能力。钢结构的刚度主要取决于结构截面形状和尺寸的大小。例如, 工字钢截面和纵向桁架变形量, 主要取决于其横截面面积的弦杆截面大小的部分。再如, 工字型、丁字型或其他形状的型钢的弯曲变形量主要取决于截面的抗弯刚度。焊接连接缝位置和数量:当钢结构刚度不足时, 在设计焊接连接缝位置和数量时, 应在结构体对称安排, 且焊接顺序是合理的, 构件只能产生线性变形;当焊缝为不对称的安排, 产生的多为弯曲变形。

1.2.2 焊接工艺

焊接电流偏大、焊条直径较粗, 使得焊接速度缓慢, 可能导致焊接变形大;厚钢板焊接时, 手工焊接方法比自动焊接方法引起的变形量较小;采用多层焊接工艺时, 首层的焊缝收缩变形最大, 第二和第三层焊接变形量分别是首层的20%和5%～10%。也就是说, 多层焊接的层数越多, 焊接变形越明显;断续式焊缝与连续焊缝相比收缩变形量小;对接式焊缝的横向收缩变形量比纵向收缩变形量大2～4倍;焊接顺序不当或在没有焊接妥当分部构件时就进行整体组装焊接, 很容易产生焊接变形。因此, 为了防治焊接变形, 在焊接施工过程中必须制订合理的工艺措施。

2 钢结构焊接变形防治

2.1 焊接节点构造设计

2.1.1 控制焊缝的数量和大小

钢结构焊缝数量多、尺寸大, 焊接时的热输入量也越多, 造成的焊接变形也更大。因此, 在钢结构焊接节点构造设计时, 应设法控制焊缝的数量和大小, 尽可能减少焊接变形。

2.1.2 根据焊接工艺选择合适的焊缝坡口的形状和尺寸

对焊缝坡口形成与大小合理的选择应能够充分确保钢结构整体的承载能力。适当的坡口形状和大小, 可以通过减少截面积, 进一步减少结构的焊接变形量。

2.1.3 焊接节点的位置应处于构件截面的对称处

结构中性轴焊接节点的位置应尽可能在构件截面的中性轴对称位置, 或尽量接近中性轴, 同时应避免在高应力区。

2.1.4 对于节点形式的选择, 应选用刚性小的节点形式

节点应避免在双向、三向交叉处, 这样避免由于焊缝集中而导致的高温和焊缝应力集中, 从而减少焊接变形。

2.2 控制焊接变形的工艺措施

1) 采用合理的焊接顺序控制变形

(1) 对于对接接头、T形接头和十字接头坡口焊接, 在工件放置允许或易于翻身的情况下, 宜采用双面坡口对称顺序焊接;对于有对称截面的构件, 宜采用对称于构件中和轴的顺序焊接。

(2) 对双面非对称坡口焊接, 焊接顺序应为先焊深坡口侧部分焊缝、后浅坡口侧、最后深坡口侧焊缝。

(3) 长焊缝采用分段退焊法或与多人对称焊接法同时运用。

(4) 采用跳焊法, 避免工件局部加热集中。

2) 在节点形式、焊缝布置、焊接顺序确定的情况下, 宜采用熔化极气体保护电弧焊或药芯焊丝自动保护电弧焊等能量密度相对比较高的焊接方法, 并采用较小的热输入。

3) 采用反变形法控制角变形。由于在冷却过程焊缝会产生收缩反应, 结果使得减少了工件焊接后的尺寸。针对这个问题, 为了弥补热胀冷缩带来的变形, 在大型构件焊接时常用反变形的方法。反变形方法是在进行焊接前使构件预先发生变形, 使变形方向和焊接变形方向相反、变形量大小基本相等。例如, 为了防止工字钢梁上下盖板的焊接角变形, 可以在焊前用折边机在相反方向预先压弯盖板。

4) 焊件夹具。大型结构件在焊接接头时各个工件和零件在自重和焊接应力的作用下, 要想使其位置固定是比较困难的。所以, 每件焊接工件和零件除了要用焊接平台固定位置外, 还需要用到焊件夹具有效地夹紧, 以便防止工件发生变形。

5) 对于大型结构宜采取分部组装焊接、分别矫正变形后再进行总装焊接或连接。

3 实际应用

兰州石化催化汽油加氢装置建设期间, 钢结构吨位达到2500t, 其中最高的钢结构达到33m, 这就需要将近3根H型钢 (厂家供货12m/根) 通过对接的方式组对成型。在现场施工过程中我们采用T型对接接头的形式, 分别在H型钢的翼板和腹板进行对接焊缝的焊接。为了严格控制焊接的变形量, 采用了CO2气体保护电弧焊的方式, 焊接的同时在组对的H型钢焊缝两侧400mm处, 利用钢管 (DN50) 将型钢的两翼板顶住, 进一步减少了焊接的变形量。

由于钢框架较高, 相应的平台层面变多, 无疑增多了立柱的节点量。在节点焊接的过程中, 选用2名焊工对一根立柱对称焊接, 或者由一名焊工使用跳焊的方式, 这样的控制措施也减少了焊接的变形量。

钢结构安装最后阶段就是安装每根立柱和顶部横梁连接处的柱顶板。由于直接焊接柱顶板时最后易发生角变形, 造成焊接的难度加大。实际应用中在柱顶板下料完成后用卷板机或大锤做相应的反变形, 这样在焊接柱顶板时, 已经被人为变形的柱顶板受到焊接变形的影响, 恢复到预期的平整度, 方便了焊接, 提高了焊接质量。

4 结语

在大多数的情况下, 通过采取适当的焊接节点构造设计措施和技术措施, 可以有效地控制钢结构的焊接变形, 以达到确保工程质量的目的。但由于材料、结构以及焊接施工现场环境等因素的复杂多变, 还应该在实践中不断总结和积累焊接经验, 提高控制焊接应力和焊接变形技术水平。

参考文献

[1]JGJ81-2002, 建筑钢结构焊接技术规程[S].

控制钢结构焊接变形 第5篇

及控制措施

未焊透、未熔合

焊接时，接头根部未完全熔透的现象，称为未焊透；在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象，称为未熔合。未焊透或未熔合是一种比较严重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊缝会出现间断或突变，焊缝强度大大降低，甚至引起裂纹。未焊透和未熔合的产生原因是焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等。焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净，或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合或运条手法不当，电弧偏在坡口一边等原因，都会造成边缘不熔合。

防止未焊透或未熔合的是正确选取坡口尺寸，合理选用焊接电流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干净；封底焊清根要彻底，运条摆动要适当，密切注意坡口两侧的熔合情况。

焊接裂纹

焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。结构的破坏多从裂纹处开始，在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹，在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹。一经发现裂纹，应彻底清除，然后给予修补。

焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。

焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。热裂纹的裂口多数贯穿表面，呈现氧化色彩，裂纹末端略呈圆形。产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质(如FeS等)。由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低。因此，在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中这些低熔点杂质在凝固过程中被拉开，或在凝固后不久被拉开，造成晶间开裂。焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时，也易产生热裂纹。

防止产生热裂纹的措施是：一要严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；二是认真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减小焊接应力。

焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。

冷裂纹产生的主要原因为：

1)在焊接热循环的作用下，热区生成了淬硬组织； 2)焊缝中存在有过量的扩散氢，且具有浓集的条件； 3)接头承受有较大的拘束应力。防止产生冷裂纹的措施有：

1)选用低氢型焊条，减少焊缝中扩散氢的含量；

2)严格遵守焊接材料(焊条、焊剂)的保管、烘焙、使用制度，谨防受潮；

3)仔细清理坡口边缘的油污、水份和锈迹，减少氢的来源； 4)根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数和线能量，如焊前预热、焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度等；

5)紧急后热处理，以去氢、消除内应力和淬硬组织回火，改善接头韧性；

6)采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以减少焊接应力

气孔

气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。由于气孔的存在，使焊缝的有效截面减小，过大的气孔会降低焊缝的强度，破坏焊缝金属的致密性。

产生原因：坡口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹；焊条或焊剂未按规定进行焙烘，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外，低氢型焊条焊接时，电弧过长，焊接速度过快；埋弧自动焊电压过高等，都易在焊接过程中产生气孔。预防办法：选择合适的焊接电流和焊接速度，认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹。严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用变质焊条，当发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时，应严格控制使用范围。埋弧焊时，应选用合适的焊接工艺参数，特别是薄板自动焊，焊接速度应尽可能小些。

咬边

焊缝边缘留下的凹陷，称为咬边。咬边减小了母材接头的工作截面，从而在咬边处造成应力集中。

产生原因是由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被熔化去一定深度，而填充金属又未能及时填满而造成咬边。

防止办法：选择合适的焊接电流和运条手法，随时注意控制焊条角度和电弧长度；埋弧焊工艺参数要合适，特别要注意焊接速度不宜过高，焊机轨道要平整。

钢结构焊接工艺质量通病及控制措施--夹渣

夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。

产生原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。在使用酸性焊条时，由于电流太小或运条不当形成“糊渣”；使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。进行埋弧焊封底时，焊丝偏离焊缝中心，也易形成夹渣。

控制钢结构焊接变形 第6篇

【摘 要】钢结构具有强度高、塑性好的优点，但钢结构截面小、板厚薄，变形问题突出。高层钢结构安装过程中，变形累加也相当大，加上原材料的缺陷以及构件制作、施工、使用过程中不合理的工艺等原因，高层钢结构框架的变形问题更加突出。而焊接变形是高层钢结构框架变形的主要构成因素，所以必须给予高度重视，焊接变形的模拟和控制很值得研究。本文研究对象为高层钢框架结构施工焊接变形，主要阐述现阶段的钢结构施工焊接变形的种类、成因、减少方法和矫正措施。

【关键词】高层钢框架结构，施工变形，焊接变形

【中图分类号】TG404【文献标识码】B【文章编号】1672-5158（2013）02-0207-01

随着我国钢结构建筑市场的发展，对高层钢框架结构施工技术的要求也越来越高，借助现代技术来提升高层钢框架结构施工技术的水平已成为时代的需要。钢结构具有强度高、塑性好的特点，但同时，钢结构截面偏小，板厚及壁厚越来越薄。而且高层钢结构安装过程中，其变形累加也相当大，再加上原材料以及加工、制作、安装、使用过程中的缺陷和不合理的工艺等原因，高层钢框架结构的焊接变形问题更加突出，所以必须给予高度重视。

1 钢结构焊接变形的种类

钢结构经过焊接加工后，都会发生一定的形状改变，这就是焊接变形。钢结构焊接变形的几种基本形式主要有以下几种：

1.1 线性变形

（1）纵向变形：是焊缝纵向收缩引起的；

（2）横向变形：是焊缝横向收缩引起的。

1.2 角变形

贴角焊缝上层焊量大，收缩量也大，因此角变形主要是焊缝在其高度方向横向收缩不均匀引起的。

1.3 弯曲变形

对丁字型截面，焊缝收缩对重心有偏心距，因而使截面向上弯曲，所以弯曲变形是偏心焊缝的纵向收缩引起的。

1.4 扭转变形

钢结构焊接过程中，有些特殊的结构形式会出现波浪线型或螺线型变形即为扭转变形，其成因较为复杂。

2 焊接变形的成因

焊接变形产生的主要原因是由于焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀加热，以及随后的不均匀冷却作用和结构本身或外加的刚性拘束作用，通过力、温度和组织等因素的变化，从而在焊接接头区产生不均匀的收缩变形，焊缝的纵向和横向缩短是引起各种复杂变形的根本原因。

2.1 结构刚度

刚度就是结构抵抗拉伸和弯曲变形的能力，它主要取决于结构的截面形状及其尺寸大小。如桁架的纵向变形，主要取决于横截面面积和弦杆截面的尺寸；再如工字型、丁字型或其它形状截面的弯曲变形，主要取决于截面的抗弯刚度。

2.2 焊缝位置和数量

在钢结构刚性不大时，焊缝在结构中对称布置，施焊程序合理，则只产生线性缩短；当焊缝布置不对称时，则还会产生弯曲变形；焊缝截面重心与接头截面重心在同一位置上时，只要施焊程序合理，则只产生线性缩短；当焊缝截面重心偏离接头截面重心时，则还会产生角变形。

3 预防和减少焊接变形的方法

3.1 放样和下料措施

为了补偿施焊后焊缝的线性收缩，梁、桁架等受弯构件放样时要起拱，放样下料时要留出收缩余量。收缩量与很多因素有关，实际生产时要依靠工艺试验来确定。放拼装台时要放出收缩量，一般受弯构件长度不大于24m时放5mm，长度大于24m时放8mm。

3.2 装配和焊接顺序

钢结构制作拼装的平台应具备标准的水平面，平台的钢度应保证构件在自重压力下，不失稳、不下沉，以保证构件的平直。小型结构可一次装配，用定位焊固定后，以合适的焊接顺序一次完成。如截面对称的构件，装配焊接顺序是先整体装配后焊接，焊接时应采用对角焊接法的顺序以平衡变形，同时应采用翻转架或转动胎具，以便形成船形位置焊缝，否则可由两个或四个焊工分别采用平焊和仰焊，由中间向两端焊接。大型钢结构如大型桁架，尽可能先用小件组焊，再总体装配和焊接。桁架和屋架端部的基座、屋架的天窗架支承板应预先拼焊成部件，以矫正后再拼装到屋架和桁架上，屋架和桁架的焊接顺序是：先焊上、下弦连接板外侧焊缝，后焊上、下弦连接板内侧焊缝，再焊接连板与腹杆焊缝，最后焊腹杆、上弦、下弦之间的垫板。桁架一面全部焊完后翻转，进行另一面焊接，其焊接顺序相同。手工焊时，应采用四个焊工同时从上、下弦中间向两端对称焊接。拼装时，为防止构件在拼装过程中产生过大的应力和变形，应使不同型号零件的规格或形状符合规定的尺寸和样板要求，同时在拼装时不宜采用较大的外力强制组对，以防构件焊后产生过大的拘束应力而发生变形。构件组装时，为使焊接接头均匀受热以消除应力和减少变形，应做到对接间隙、坡口角度、搭接长度和T形贴角连接的尺寸正确，其形式、尺寸应符合设计和焊接规范要求。

3.3 焊接工艺措施

焊接施工时，应选择合适的焊接电流、速度、方向、顺序，以减少变形。焊接金属构件时，应先焊短，后焊长；先焊立，后焊平；先焊对接缝，再焊搭接缝，应从中间到两边，从里到外焊接。集中的焊缝应采用跳焊法，长焊缝采用分段退步焊和对称焊接法。

3.4 反变形法

拼装时，根据工艺试验和施工经验，使构件向焊接变形相反方向作适量的预变形，以控制焊接变形。这种方法需要预先进行试验，根据焊缝的设计要求，调整好焊接规范，选用材质和规格相同的钢板预先做一个试件进行焊接，使焊缝形式、焊角高度符合设计要求，焊完冷却到环境温度后测量翼板的变形量，把所测量的数值作为压制反变形的参数，压力机在翼板中心线上压出变形量的数值，使翼板的两端预先呈上翘状态，抵消焊接变形量，焊后正好持平。采用这种方法需要一台相应吨位的液压压力机。

3.5 刚性固定法

焊接时在平台上或在重叠的构件上设置夹具固定构件，增加刚性后，再进行焊接，这样焊接中的加热和冷却的收缩变形，被固定夹具等外力所限制，但这种方法只适应塑性较好的低碳结构钢和低合金结构钢，不适应中碳钢和可焊性更差的钢材，因为焊接应力常使焊件产生裂纹。

鉴于钢结构由于具有强度高、结构自重轻、构件截面小、抗震性好、平面布置灵活、有效节约空间、质量可靠、施工速度快、现场用工省，建设周期短等一系列优点，其在建筑行业得到广泛的应用。但由于在焊接过程中易产生焊接应力和焊接变形，然而由于焊接应力和焊接变形的存在首先在加工过程中大量增加了加工制造物力和人力，同时使整个构件丧失稳定性，使建筑框架系统承载能力下降，从而使建筑安全使用性大为降低。故在钢结构施工过程中应制定合理有效控制焊接应力和焊接变形措施，把焊接应力和焊接变形程度降到最低，以此保证整个建筑工程使用安全性。

参考文献

[1] 张朝晖.ANSYS8.0热分析教程与实例分析.中国铁道出版社.2005

[2] 中华人民共和国国家标准.建筑钢结构焊接技术规范.2000

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[4] 钢结构施工技术与实例.中国建筑工业出版社.2005

[5] 汪建华等.预测焊接变形的残余塑变有限元方法.上海交通大学学报，1997

[6] 汪建华.焊接变形和残余应力预测理论与计算-发展及应用前景.第三届计算机在焊接中的应用技术交流会论文集.2000

[7] 舒先庆.钢结构制造中焊接变形的控制方法.电焊机.2007

[8] 陈超.CO2气体保护焊焊接工艺设计及在电力工程钢结构上的应用.宁夏机械.2006

控制钢结构焊接变形 第7篇

焊接这种工艺技术是一个非常复杂的变化过程, 有关于建模和数值求解存在着很多的问题, 而且大型钢结构焊接工艺往往具有相当高的难度, 下面我们对此进行具体分析。

1 大型钢机构焊接的难点分析

大型钢结构焊接中结构自由度一般很大, 焊接的热源会比较集中, 但是温度场分散不均, 要想进一步达到一定精度的工艺要求就需要在焊接处划分一定细密的网格。但是划分网格的同时就会产生新的难题, 网格一旦增加就会给计算工作带来巨大的困难。而大型钢结构焊接的模拟分析也会由于焊接长度过长而受到一定影响。

大型钢结构焊接中瞬态分析的工作过于复杂。由于焊接工艺会随时间的变化而产生相应的变化。这个过程是一个动态的过程, 所以需要将一个个动态场人工看成静态场来分析时间的增量, 然后在对每一个静态场的时间分量进行瞬态地分析。而且在焊接的过程中会受到一定的因素影响造成应力场和温度场不断发生变化, 不得不增加一定的时间分量去描述这个现象, 进而减少数据的分析和计算失误, 但是这样做的后果就是计算量过于庞大[1]。

2 影响大型钢结构焊接工艺的主要因素

在焊接工艺中, 部件之间会相互制约相互联系, 而且部件在进行加热的过程中, 受热不均匀会在各个部分产生不同程度上的热胀冷缩现象, 这样就会导致部件的应力不均匀, 产生不同程度上的拉伸状况, 最后导致结构焊接的变形和扭曲, 所以以下内容本文主要对影响大型钢结构焊接工艺的多种因素进行探讨:

在对大型钢进行结构焊接时不要忽略掉焊接接缝的均匀问题, 否则多数情况下在焊缝密疏处会造成不同程度上的变形问题。而有时候焊缝过分集中也会使焊接变形的程度进一步加深, 造成应力过多叠加。在焊接时, 结构刚度较小的构件在焊接后会发生很大的变形, 刚度越小变形就会越大。大量事实证明焊接的顺序也会影响焊接工艺, 最后导致变形的发生。不正确的焊接顺序往往会在焊接后产生不同程度上的变形。而且焊接的坡口其实也是影响焊接工艺的重要因素, 有时候往往被人们所忽视, 焊接的坡口大小与变形程度成正比, 坡口越小变形程度越小, 坡口越大变形程度就会越大。不同的工艺水准往往就会产生不同的效果, 不同的焊接规范会有很大的区别, 快速、电流小等措施可以帮助减少焊条的摆动, 同时也减少一定程度的变形[2]。

3 避免大型钢焊接变形的有效办法和措施

首先要注意的就是坡口的设置如图1 所示。拼接焊缝的技术要领需要先翻转到背面, 在距坡口较深的三分之一处实行焊接, 然后在翻转剩下的部分, 这样的焊接技巧只需要翻转两次就可以成功实现焊接工艺, 而且能够在一定程度上提高焊接的工作效率, 减少焊接出现变形的可能性。

其次, 焊接顺序中也有一定的技术讲究。在拼接钢板时, 要做到先从横焊接缝进行处理, 然后在对竖焊接缝进行处理。焊接时还需要注意焊接缝产生纵向收缩时, 必须要在横向收缩得到释放时候才能进行焊接处理, 这样可以减少焊接变形的发生。

再者还有一些措施可以阻止和避免变形的发生。在腹板和薄翼板的角焊接的过程中常常会应用到一些特殊的措施。在腹板和叠板进行焊接时很容易产生变形现象, 这种现象通常会是叠板两端向腹板方向扭曲变形, 但是采用一定的特殊措施可以避免这样的事件发生, 通过焊接热输入, 进一步精确计算变形值, 可以在腹板和叠板进行焊接后恢复到原来平直的状态, 并且满足一定的贴合要求。

最后在对称焊接方面我们也可以考虑采用适当合理的工艺手法加强焊接的水平。以两侧与腹板焊接为例, 在焊接时需要注意筋板两侧必须需要两名焊工同时进行焊接才能避免焊接发生较大的变形, 焊接后可以使筋板与腹板保持垂直状态。

4 减少焊接应力的技巧和工艺

减少焊接应力也有一些值得学习的技巧和方法, 首先要注意合理选用焊缝的尺寸, 其次要选用合适的焊接参数和材料, 采用一定的焊接工艺, 进行一定的热处理措施, 同时搭配振动时效方法减少应力。焊缝的热胀冷缩会形成焊接应力, 焊接区域小, 焊接后的变形程度就会较少。我们在进行焊接时会考虑到提高金属的抗裂性、塑性、韧性, 降低一定的应力, 所以我们需要选择合适的材料进行焊接。一般情况下为了与母材达到一致会增加锰和硅的含量[3]。

5 结束语

在进行大型钢结构焊接过程时, 有一些比较常见并且有用的方法和措施能够避免焊接发生不必要的变形。本文对此进行了具体地分析和研究, 意在于帮助加强大型钢结构焊接技术工艺水平。

参考文献

[1]朱智文.关于大型钢结构焊接变形控制工艺的若干探讨[J].世界有色金属, 2015 (12) :112-113.

[2]崔勇力.BZ28—2S海上平台大型钢结构安装焊接变形控制措施[J].金属加工 (热加工) , 2015 (14) :41-42.

金属结构件组装及焊接变形控制 第8篇

一、金属结构件的组装过程

金属结构件的组装主要包括三道工序。分别是下料、弯折、组装。下面我们逐一分析下这三道工序。首先, 我们看金属结构件的下料, 金属结构件的下料是生产过程中的开始, 也是最基础的工作, 因此下料质量的好坏直接影响到后面工作进行的顺利与否, 因为下料所要打造的金属结构件种类很多, 尺寸也不一, 因此在进行下料工作的时候要注意下料的尺寸与形状是否和金属结构件相符, 不要浪费也不要不够;其次, 看一下金属结构件的弯折, 之所以要进行弯折环节主要是因为适应金属结构件盖板的长度需求, 弯折的部分主要是两端, 同时还要保证两端的长度相同。我们一般使用火或者油这两种物质进行弯折;最后, 就是金属结构件的组装, 我们应该注意的是组装的时候应该按照金属结构件所给出的图纸、组装要求等来开展工作, 将两边的坡口割开, 注意清理割渣, 然后依据要求进行组装工作即可。

二、出现焊接应力和焊接变形的原因分析

(一) 结构件出现焊接应力的原因分析

首先我们需要明确一个问题, 那就是焊接应力主要有三个作用方向, 分别是横向、纵向与厚度。下面我们详细分析一下这三个方向的作用力。横向应力是与焊缝轴成90°角的垂直应力, 纵向应力是与焊缝轴平行的应力。而金属结构件出现各方面应力的主要原因就是由于受热的不均匀, 因为焊接金属结构件的时候, 焊接处的温度会比周围的温度高, 这样金属结构件的焊接处就会受热膨胀, 导致体积的变化, 从而导致了金属结构件的变形。在此变形的过程中, 离焊接处比较近的地方主要是受热力的影响, 而最近的地方是受到了压力的影响。图1展示的便是出现焊接变形的情况。

(二) 结构件出现焊接应力的原因分析

在这部分的分析中, 我们还是应该明确金属结构件的变形有局部与整体变形之分。局部变形, 顾名思义就是在焊接过程中出现的局部性的变形, 这类型的变形可以很容易矫正, 而整体变形是与局部变形相对应的, 指的是在结构件的焊接过程, 整个结构发生了变化, 在一般情况中整体变形这种比较严重的状况是不会出现的。

三、减少焊接过程中焊接应力与焊接变形的方法

(一) 确定合理的焊接次序

在同样的焊接结构中, 不同的金属结构件焊接次序能够对焊接应力与焊接变形产生不同的影响, 因此要减少焊接过程中的焊接应力与焊接变形, 需要确定合理的焊接次序。而具体的焊接次序的确定可以依据下面几个原则。其一, 先焊接收缩严重的焊缝, 后焊接收缩不严重的焊缝, 这是因为越先焊接的阻力越小;其二, 运用对称焊接技术, 这是因为对称焊接大大减少了二次变形的可能, 也避免了不均匀受热情况的发生, 从而能够有效得控制金属结构件的整体, 不会出现整体变形的情况;其三, 要对结构比较大的金属结构件分段退焊, 这样做的目的是确保受热均匀, 减少变形的情况出现。

(二) 选择合理的焊接方向

长度较长的结构件在焊接中受到比较大的应力, 其中中段受到的应力最大。如果直接进行焊接的话容易导致金属结构件的整体变形或者局部变形, 因为这样的话每个方向的受热是不均匀的, 因此要让横向与纵向焊接能够自由收缩。

(三) 尽可能使焊缝的尺寸和数量减少

我们在进行金属结构件的焊接时, 需要使得焊缝之间保持合适的距离, 不能让其集中在一起, 但是如果需要焊接的金属结构件的尺寸很小的时候, 要尽量的减少焊缝的数量, 因为焊缝越多就越有可能造成金属结构件的局部或者整体变形。

结语

通过以上对金属结构件焊接情况的分析, 我们要注意按照其特点, 采用相应合理的办法对金属结构件进行焊接, 从而减少焊接过程的有可能出现的局部或者整体变形。

摘要：金属结构件是一种用金属原料做的工艺, 包含框架结构的和箱型结构两种形式。金属结构件的组装既需要焊接技术的支持, 也需要生产技术的支撑。本文中主要介绍了在组装金属结构件的过程中影响变形与应力的重要因素, 并且针对在焊接过程中所遇到的问题, 提出了相应的解决办法, 从而完善了金属结构件的组装与焊接变形控制。

关键词：金属结构件,组装,焊接,变形控制

参考文献

[1]姜秀丽, 宋增栓, 李兰英.金属结构件组装及焊接变形控制[J].现代制造技术与装备, 2012 (04) :47-48.

[2]于德华.金属结构件组装及焊接变形控制[J].中国高新技术企业, 2013 (15) :59-60.

[3]左延红, 王双平.大型结构件焊接变形控制方法[J].焊接技术, 2008 (06) :54-56.

焊接应力与焊接变形及其控制方式 第9篇

由于焊接温度发生了变化使焊件热胀冷缩, 从而焊件之间相互约束, 故在焊缝周围就会产生互相阻碍约束的力。焊接残余应力当焊接应力超出弹性极限时, 焊接变形不能随应力的消除而消失, 就会残留在焊件里。在焊接过程中, 当焊条加热融化时会引起焊缝周围局部温度过高, 在熔池的高温材料会受热膨胀, 在膨胀过程就会产生变形。同时, 在冷却过程中, 由于周围材料的限制, 不能使之前发生变形的那部分材料自由收缩, 这在不同程度上又会产生拉伸变形。

二、焊接残余应力的危害

焊接残余应力对构件的承载能力有着极为重要的影响;会使构件容易产生脆性断裂;降低构件的疲劳强度;降低构件的刚度极其稳定性能;并且应力区域存在腐蚀开裂缺陷;也会降低构件的精度和稳定性能。1、对结构刚度的影响。当外部载荷与构件内部残余应力叠加达到屈服极限时, 就会使构件产生塑性变形, 从而降低承受载荷的有效截面积, 构件刚度降低。2、对稳定性的影响。当外部载荷产生应力与结构中的局部载荷叠加后达到屈服点后, 就会减小有效截面积, 从而降低了受压件的稳定性。3、对静载强度的影响。通常情况下, 只要应力集中现象不是很明显, 对于塑性材料来说, 静载强度不会受残余应力的影响。然而, 残余应力过于集中会降低脆性材料的强度。4、对疲劳强度的影响。残余应力对构件的疲劳强度也存在一定的影响, 如果应力集中的的地方存在残余应力, 就会是疲劳强度降低。5、对构件制造精度和尺寸保证性能的影响。假如构件残余应力, 当加工制造时, 会打破原来的应力平衡, 应力平衡被破坏, 会一定程度上造成零部件轻微变形, 将会影响加工精度。

三、降低焊接应力的措施

3.1设计措施

1、设计构件时尽量减少焊缝的尺寸与数量, 这样可以减少变形量, 同时降低焊接应力。2、使焊缝分散布置, 避免集中, 防止盈利叠加现象。3、对设计结构进行合理优化。

3.2工艺措施

1、采用较小的焊接线能量。降低受热塑性变形的能力。2、合理安排装配焊接顺序。合理的焊接顺序, 可以使焊缝自由收缩, 从而达到降低焊接应力的目的。3、层间进行锤击。利用小锤轻敲焊缝及其周围区域, 这样能使金属晶粒之间的应力得到释放, 从而减小焊接应力。4、焊接高强钢时, 选择塑形较好的焊条。焊缝的金属填充物具有良好的塑性变形, 可降低焊接应力。5、采用热处理方法。将构件的温度升高至某一数值, 内应力可以部分得到释放, 残余应力也会有所降低。6、预热拉伸 (机械拉伸或加热拉伸) 补偿焊缝收缩。采用预热或机械拉伸的方式处理阻止焊缝区域进行收缩的部位, 使之与焊接区域同时膨胀或收缩, 就可以减小焊接应力。7、采用整体预热。把零部件分散预热会造成预热不均匀现象, 构件整体上存在温差, 温差越大, 残余应力越大。8、利用振动法来消除焊接残余应力。当构件承受变载荷达到一定数值时, 经过反复震动后, 构件中的残余应力也会有所降低, 即利用震动方法可以消除部分残余应力。对于大型焊件, 一般采用振动器来消除焊接残余应力。振动法的优越性在于设备简单, 时间比较短, 成本比较低, 不像高温加热一样会使构件得到氧化, 这种方法在实际生产中得到广泛的应用。

四、、焊接变形的危害与预防措施

4.1焊接变形的危害

降低装配质量;影响外观质量;降低承载力;增加矫正工序;提高制造成本。

4.2优化焊接结构设计

1、合理设计焊缝位置, 尽量分散设计, 并关于构件截面的中性轴对称。2、优化焊缝尺寸及其形状。尽量采用短焊缝, 避免过长焊缝。3、尽量减少焊缝的长度及其数量。

4.3采取合理的装配工艺

1、预留收缩余量法:为了防止焊件焊后发生尺寸收缩, 可以事先将收缩的尺寸预留出来, 并通过估算, 经验, 实测三者结合的方式计算预留量。2、反变形法:所谓的反变形法就是在焊接装配前, 先将焊件向焊接相反的方向进行变形。采用这种方法只要预计准确, 控制得当, 会收到良好的效果。3、刚性固定法:刚性固定法在焊接过程中应用比较广泛, 适用于较小的焊件, 其中在预防角变形和波浪变形过程中应用广泛。并且这种方法在大型储罐底焊接时应用较多, 常在焊缝俩侧加型钢。4、合理分配装配顺序:对于大型构件可以通过划分多个区域的方式进行焊接, 然后再拼焊成一个整体。采用这种方式的好处在于小构件可以自由收缩, 不至于引起整体的结构变形。例如, 可以采用先焊短焊缝后焊长焊缝的形式进行焊接。

4.4采取合理的焊接工艺措施

浅析焊接应力与焊接变形的控制措施 第10篇

焊接应力与变形是指在焊接过程中工件受电弧热的不均匀加热而产生的内应力及变形是暂时的。当工件冷却后, 任然保留在工件内部的内应力及变形叫着残余应力及残余变形。焊接应力及变形就是指的焊接的残余应力和焊接的残余变形。焊接过程是一个不平常的热循环过程, 即焊缝及其相邻区金属都要被加热到很高温度 (焊缝金属已处于液态) , 然后再快速冷却下来, 由于在这个热循环过程中, 焊件各部分的温度不同, 随后的冷却速度也各不相同因而焊件各部分在热胀冷缩和塑性变形的影响下, 必然产生内应力、变形或裂纹。焊接应力的存在将影响焊接构件的使用, 其承载能力大大降低, 甚至在外载荷改变时出现脆断的危险后果。对于接触腐蚀性介质的焊件 (管道、容器) , 由于应力的腐蚀现象加剧, 使得焊件使用期限减少, 甚至产生应力腐蚀裂纹而报废。

焊接变形和应力的形成焊接变形和应力是由诸多因素同事作用造成的。其中最主要的因素有:焊接上温度分布不均匀;熔敷金属的收缩;焊接接头金属组织转变及工件的刚性约束等。

焊接变形和应力还与焊接方法及焊接工艺参数有关。如气焊时, 热源不集中, 焊件上的热影响区面积较电弧焊大, 所以产生的焊接变形和应力亦大。又如电弧焊时电流大或焊接速度慢会导致热影响区增大, 产生的焊接变形和应力亦增大。

2 消除焊接残余应力的方法

2.1 热处理法

热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松驰焊接残余应力的目的, 同时热处理还可以改善接头的性能。

(1) 整体热处理。整体炉内热处理、整体腔内热处理整体加热热处理消除残余应力的效果取决于热处理温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围。保温时间根据板厚确定, 一般按每毫米板厚1min~2min计算但最短不小于30min, 最长不超过3h。

碳钢及中、低合金钢:加热温度为580℃~680℃;铸铁:加热温度为600℃~650℃。

(2) 局部热处理。局部热处理只能降低残余应力峰值, 不能完全消除残余应力。加热方法有电阻炉加热、火焰加热、感应加热、远红外加热等, 消除应力效果与加热区的范围、温度分布有关。

2.2 加载法

加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力, 使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形, 与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分达到松驰应力的目的。

3 焊接变形的控制

对于承受重载的重要结构件、压力容器等, 焊接应力必须加以控制。

(1) 在结构设计时应选用塑性好的材料, 要避免使焊缝密集交叉, 避免使焊缝截面过大和焊缝过长。

(2) 设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸, 合理布置焊缝, 除了要避免焊缝密集以外, 还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴, 并使焊缝的布置与构件中和轴相对称, 使一个收缩力对另一个收缩力互相平衡的办法, 也同样可以在设计和焊接工序中有效地的控制变形。

(3) 采用逆向回焊法施焊。当焊接总进程从左到右时, 则每一焊道的施焊却应从右到左, 也就是分段侧焊法。因为每道施焊后, 沿焊缝板内侧处的热量将导致该处膨胀, 而使两快板暂时向外分开;但当热量在板内侧向外扩散后沿板外缘的膨胀又会使板合拢。

(4) 用反力来平衡收缩力。其反向力可以是: (1) 其它的收缩力; (2) 夹具等产生的约束力; (3) 各构件装配成组合件时的约束力 (4) 构件重力拱度向下所产生的反力。

(5) 在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时, 要采取合理的焊接顺序。焊前对焊件预热是较为有效的工艺措施, 这样可减弱焊件各部位间的温差, 从而显著减小焊接应力。焊接中采用小能量焊接方法或锤击焊缝亦可减少焊接应力。

(6) 当需较彻底的消除焊接应力, 可采用焊后去应力退火方法来达到。此时需将焊件加热至500°C~650°C, 保温后缓缓冷却至室温。此外, 亦可采用水压试验或振动法消除焊接应力。

(7) 对于长构件的扭曲, 主要靠提高板材平整度和构件组装精度, 使坡口角度和间隙准确, 电弧的指向或对中准确, 以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。

4 焊接应力的控制措施

焊接结构在焊后存在过大的应力是不允许的。从焊接结构的设计开始到焊接施工要设法防止和降低它, 焊后还要考虑是否有必要消除应力和校正变形。

4.1 合理选择焊接顺序

焊接时, 应选择尽量使多条焊缝都有自由收缩可能的焊接顺序, 具体办法如下。

(1) 对大型结构, 应从中间向四周进行施焊, 使焊缝可以由中间向外依次进行收缩。

(2) 对于平面上的交叉焊缝, 应特别注意交叉处焊接质量。如果接近纵向焊缝的横向焊缝处有缺陷 (未焊透) , 则这些缺陷正好位于纵焊缝的拉伸应力场中, 会造成三向应力状态。所以要采取保证交叉点部位不易产生缺陷而又能自由收缩的顺序, 先焊错开的短焊缝后焊直通的长焊缝。

(3) 应先焊收缩量最大的焊缝, 这是因为结构的刚性在焊接过程中是逐渐增大的, 所以先焊的焊缝在收缩时所受到的阻力会小些, 焊后的应力也就小些。如果在结构上既有对接焊缝又有角焊缝, 就应先焊对接缝, 后焊角焊缝。

(4) 应先焊在工作时受力较大的焊缝, 使内应力合理分布。在接头两端留出一段翼缘角不焊, 先焊受力最大的翼缘对接焊缝, 然后再焊腹板对接缝, 最后焊翼缘预留角焊缝。这样焊后可使翼缘的对接焊缝承受压应力, 而腹板对接缝受拉, 角焊缝留在最后焊可以保证腹板对接缝有一定的收缩余地, 同时也有利于在焊接对接缝时采取反变形措施以防止产生角变形。

(5) 减小焊缝尺寸:焊接内应力由局部加热循环而引起, 为此, 在满足设计要求的条件下, 不应加大焊缝尺寸和层高, 要转变焊缝越大越安全的观念。

(6) 减小焊接拘束度:拘束度越大, 焊接应力越大, 首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接, 尽可能不用刚性固定的方法控制变形, 以免增大焊接拘束度。

(7) 锤击法减小焊接残余应力:在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝金属, 使其产生塑性延伸变形, 并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。

4.2 选择合理的焊接规范

为尽量减少焊件受热范围, 根据构件的实际情况, 必要时可采用较小直径焊条和较小的焊接电流进行焊接, 以达到减少焊后残余应力的目的。

4.3 预热法

焊前将焊件整体或一部分加热, 使其能缓慢、均匀地冷却, 这是在中、高碳钢、合金钢铸铁等焊接时经常采用的有效措施。钢的预热温度一般为150℃~350℃。通常, 预热温度越高减少焊接应力的效果也越好。另外通过预热, 降低了焊缝金属和母材热影响区的冷却速度, 同时也降低了收缩应力。

薄板件焊接变形的产生与控制 第11篇

关键词：薄板件组合 焊接变形 焊接方法

在生产装载机上所有的外观覆盖件中，主要包括：台架、挡泥板、机罩以及驾驶室。由于都是采用厚度不大于3毫米的钢板组焊而成的结构件。所以控制它的焊接变形成为了我们的重中之重。

一 焊接变形产生的原因

焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。由此可看出焊接是一个不均与受热和冷却的一个过程，在焊接过程中由于受到刚性条件的约束会出现压缩塑形变形以及焊后产生的残余变形。

（一）影响焊接热变形的因素：

1.焊接工艺方法。不同的焊接方法，将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。我们薄板件分厂大部分采用CO2气体保护焊，具有焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小的特点。

2.焊接参数。即焊接电流、电压和焊接速度。

焊接电流越大，焊接速度越慢变形越大；反之变形越小。

在以上3个参数中，电压的作用明显，因此低电压快速度小电流的焊接变形较小。

3.焊缝数量和位置。焊缝数量越少，焊接位置距中心轴越对称。焊接变形越小。

（二）影响焊接构件刚性系数的因素：

1构件的尺寸和形状。随着构件刚性的增加，焊接变形越小。

2胎夹具的应用。采用胎夹具，增加了构件的刚性，从而减少焊接变形。

3装配焊接程序。装配焊接程序能引起构件在不同装配阶段刚性的变化和重心位置的改变，对控制构件的焊接变形有很大的影响。

（三）薄板结结构焊接变形的种类

任何钢结构的焊接变形，可分为整体变形和局部变形。

整体变形就是焊接以后，整个构件的尺寸或形状发生的变化，包括纵向和横向收缩（总尺寸缩短），弯曲变形（中拱、中垂）和扭曲变形等。

局部变形是指焊接以后构件的局部区域出现的变形，包括角变形和波浪变形等。

二、控制薄板结结构焊接变形的原则与方法

焊接过程中的热变形和施焊时焊接构件的刚性条件是影响焊接残余变形的两个主要因素。根据这两个主要因素可以认为焊接残余变形是不可避免的，即完全消除焊接变形是不太可能的。控制焊接残余变形必须从薄板结构件设计和施工工艺两个方面同时采取措施。

在薄板结构件设计上除了要满足构件的强度和使用性能外，还必须满足构件制造中焊接变形最小及耗费劳动工时最低的要求。因此优化板缝布置尤为重要，设计图纸中的板缝布置往往对工艺性考虑不周容易引起焊接变形。

焊接工艺是钢结构施工中的重要工艺之一。合理的焊接工艺是减少焊接变形，减少应力集中的有效方法。为了控制构件焊接变形，应尽可能采取有效措施，如：将构件分为若干小部件与构件分段，使焊接变形分散在各个部件上，便于构件变形的控制与矫正；使各部件焊缝的布置与构件分段截面中性轴对称或接近截面中性轴，避免焊接后产生扭曲和过大的弯曲变形；对每一条主要焊缝，尽可能选择小的焊脚尺寸和短的焊缝；避免焊缝过分集中和交叉布置；可能采用宽而长的钢板或能减少焊缝数量的结构形式，等等。

控制薄板结构件焊接变形的工艺方法有：

1在无装配应力强制下进行构件装配；

2采用自动焊和其它气体保护焊工艺；如最先进的 Ar+CO2混合气体MAG保护焊。

3合理选择焊接规范参数和装配焊接顺序。减少焊丝供 给量，降低电流、电压改变极性（通常为直流反极性→直流正极性）。先焊短焊缝后焊长焊缝，采取分段退焊，由内向外依次进行。

4尽可能合理运用刚性固定法，

三、薄板结构件焊接变形的矫正方法

结构的建造过程中，尽管在其构件设计和施工工艺上采取措施来控制焊接变形，但由于焊接过程的特点和施工工艺的复杂性，产生焊接变形仍是不可避免的，因此，对出现超出设计要求的焊接变形必须进行矫正。矫正工艺只限于矫正焊接构件的局部变形，如角变形、弯曲变形、波浪变形等等。对于构件结构的整体变形如纵向和横向收缩（总尺寸缩短）只能通过下料或装配时预放余量来补偿。

采用机械矫正法校正钢结构容易引起金属冷作硬化，消耗材料一定数量的塑性储备，只能用于塑性良好的材料。实际生产中，机械矫正法矫正过程中可能使用專用的大型油压机、摩擦压力机矫正。

采用火焰矫正法校正钢结构，矫正冷却后，焊接构件这部分 金属获得不可逆的压缩塑性变形，使整个焊接构件变形得到矫正。火焰矫正法同样要消耗材料一部分塑性，对于脆性材料或塑性差的材料要谨慎使用。要适当控制火焰加热的温度，温度过高材料机械性能降低，温度过低使矫正效率降低。由于冷却速度对矫正效果不产生任何影响，施工过程中，多采用边加热边喷水冷却的方法，既提高了工作效率，又提高了矫正效果。

钢结构制造过程中，焊接变形是不可避免的，只能采取有效的方法、措施控制焊接变形，并对超出公差要求的焊接变形进行矫正，从而既满足钢结构质量要求，又满足经济性要求。

四、实施结果

薄板因为自身厚度原因在焊接过程中极易变形，其变形具有复杂性和多样性。目前仍是国内外焊接工艺领域的一大技术难题。薄板焊接变形问题严重影响着焊接质量。只有对其进行科学系统的分析，找出控制其变形的技术措施，不断运用和累积经验，才能最终破解焊接变形的难题。

参考文献：

[1]李旻，张小旭，. T90型推土机行车架焊接变位机的改造[J]. 工程机械与维修，2006，（10）.

[2]石玗，樊丁，王政，陈剑虹. 数控焊接变位机示教再现控制系统[J]. 焊接学报，2005，（1）.

[3]任宇飞，许文清，于亮，严哲明，贾艳. L形双回转升降式焊接变位机[J]. 工程机械，2005，（3）.

[4]李智强，任胜杰. 数控焊接变位机示教杆系统的设计与实现[J]. 郑州工业高等专科学校学报，2004，（1）.

储罐底板焊接变形控制 第12篇

1 焊接变形产生的机理

焊接变形的产生, 从根本上说是因为焊接工程中温度在构件上得分布不均匀, 造成高温区域冷却后产生的收缩量大, 低温区域收缩量小, 这种不等量的收缩导致构件形状改变。对于具体结构而言, 其最终的变形与焊缝的位置、数量、大小及焊缝收缩量有关。此外, 构件内部由于焊接过程产生的内因力, 也会影响构件焊后变形。

罐底板的变形主要有波浪变形和角变形两种, 角变形发生在堆焊、对焊、搭接焊时, 由于接头处收缩变形在厚度方向上不均匀分布造成的, 焊缝正面变形大, 背面变形小造成构件平面的偏转形成角变形。波浪变形产生原因有两种, 一种是钢板焊接时产生的上下相间的角变形而形成, 一种是由于焊缝附近的拉应力及较远区域的压应力共同作用造成钢板失稳产生的。

因此, 为了控制焊接变形, 一方面要增加构件的刚度或外界对构件的约束力, 另一方面需要降低焊接时温度场的分布不均匀, 减少焊接变形。

2 控制焊接变形的基本措施原则

(1) 合理的焊接顺序合理的焊接顺序可以保证罐底板焊接时处于相对自由状态, 对控制焊接变形量与焊接残余应力意义重大, 罐底板焊接顺序应为:边缘板外300mm对接焊缝焊接→中幅板短焊缝焊接→中幅板长焊缝焊接→边缘板与罐壁板大角缝焊接→边缘板其余对接焊缝焊接→边缘板与中幅板伸缩焊缝焊接。

(2) 减少焊缝数量编制材料计划时, 根据罐底板直径及中幅板、边缘板的布置形式, 尽量选择大规格的钢板, 力求焊缝数量最少, 罐底板拼接焊缝减少了, 必然有效减少焊缝收缩量, 从而减少焊接变形量。

(3) 合理布置焊缝位置焊缝应尽量对称布置, 使焊接变形能够相互抵消, 减少累计变形。如中幅板布置时, 以十字中心线为基准, 对称排列;弓形边缘板布置时以圆心为基准, 环绕布置。

(4) 合理的焊接方法采用较小的焊接线能量可以减少焊接变形, 底板施焊时, 尽量减少焊接电流, 增大焊接层数, 多采用退焊和跳焊的方法, 限制和缩小温度场, 使焊缝总长范围内应力平均值降低, 减少焊接变形。

(5) 机械矫正法焊接变形是伴随焊接出现, 不可避免的, 实际应用中, 为了把焊接变形控制在一定范围内, 可以采用适当的矫正方法, 如焊接前采用反变形法, 使焊件产生大小相等、方向相反的变形, 抵消或补偿焊后发生的变形, 保证构件最终精度。焊接过程中, 还可以采用锤击法, 一方面使金属受力产生塑性变形, 释放内应力;另一方面, 大力锤击, 使金属产生反方向变形, 以变形抵消变形。

3 工程实例

(1) 工程概况2012年, 我公司承建中石化金陵分公司油品质量升级改造工程系统配套项目, 该项目中的催化原料罐区改造包含一台5000m3拱顶油罐制作及安装, 该储罐直径23.84m, 总容积5000m3, 罐底由边缘板和中幅板构成, 边缘板材质为Q345R, 厚度δ12, 中幅板材质为Q235B, 厚度δ8。边缘板由多块板组成环形结构, 中幅板由多块板拼成多边形平板结构, 边缘板与中幅板之间通过龟甲缝焊接成整体, 而底板与壁板通过环形大角缝相连, 各焊缝焊接工艺见下表:

(2) 罐底边缘板的组对焊接考虑到罐底边缘板焊接收缩, 排版时将外径放大0.15%, 同时采用图1所示的夹具固定并调节坡口间隙及错边量。根据相关规范要求, 边缘板的组对应采用不等间隙, 外侧控制在6~7mm, 内侧控制在8~12mm, 以便焊缝热收缩间隙归于一致, 保证边缘板的平整度。焊接前, 采用6mm垫板垫在焊缝下, 这样不仅能保证焊透底板根部, 而且在底板下部增加加强筋, 使罐底板结构刚性增强, 降低大范围出现失稳变形的可能性, 同时利用反变形法减小焊接变形。焊接时, 先焊自边缘板自外向内300mm的对接缝, 隔一条焊缝焊接一条, 焊工均布在边缘板外侧圆周上同时对称施焊, 保持速度一致, 剩余焊缝需待罐底板与罐壁板大角缝焊接完成后进行, 仍由焊工均布, 采用退焊法由焊缝接头向内侧焊接。

(3) 罐底中幅板的焊接中幅板焊接时, 由于焊缝多为长焊缝、多层焊缝, 焊接过程中会造成多种焊接应力的存在, 焊后不能及时释放, 会形成残余变形, 不仅影响罐底的尺寸精度和外观, 还将降低罐底的承载能力, 因此控制中幅板的焊接变形, 是保证罐底质量的关键。中幅板焊接可在罐底边缘板300mm焊接完成后进行, 总体原则是先焊短焊缝、再焊长焊缝, 由中心向四周发散的形式焊接。焊接时由单块板焊接成两块一组, 再由两块一组焊接成四块一组, 以此类推, 相邻焊缝不得同时施焊, 应隔一道焊一道, 初层焊道采用分段退焊或跳焊焊接, 分段焊接长度为300mm左右, 接头错开80mm左右为宜。对于三层钢板重叠部分的搭接焊缝, 变形较大, 焊接过程中, 可一边焊接, 一边趁热进行锤击, 产生塑性变形, 释放应力集中。根部焊道焊接完成后, 沿三个方向200mm范围内进行渗透检测, 全部完成后再次进行渗透检测, 保证焊接质量。

(4) 罐底与罐壁大角缝焊接罐底与罐壁连接的大角焊缝为双面焊缝, 尺寸较大, 必须在底圈壁板纵缝焊完后、边缘板与中幅板焊接前施焊, 该T型角焊缝为双面坡口的全焊透焊缝, 焊接填充量大, 如不加以控制, 会产生较大的焊后变形, 为避免焊接产生角变形对罐壁垂直度的影响, 焊接前, 在罐壁内侧均匀布置若干个斜撑加固, 斜撑布距不大于1200mm, 并不得妨碍焊接。施焊时, 由数名焊工由罐内、外沿同一方向、同一工艺参数、采用分段跳焊焊接, 焊100mm空400mm, 然后焊所空的400mm焊缝, 内、外侧角焊缝焊完后, 拆除斜撑, 对罐内角焊缝进行磁粉检测。

(5) 龟甲缝焊接龟甲缝焊接是罐底板焊接的最后一道工序, 焊接量大, 焊后收缩严重, 直接影响罐底板的平整度。组对前不得电焊固定, 保证能够自由收缩, 焊接时焊工均匀分布, 沿同一方向, 同一参数, 采用分段跳焊或退焊同步施焊。

4 结语

实践证明, 我公司施工中采取的合理焊接方法、焊接顺序及行之有效的防变形措施, 使罐底板质量得到有效的控制, 效果非常好, 经过检查验收, 罐底板局部凹凸变形深度均未超过30mm, 低于“罐底焊后局部凹凸变形深度不应超过长度小于2%, 且不大于50mm”的规范要求, 达到预期的效果, 获得业主的一致好评。

参考文献

[1]SH/T3530-2011, 石油化工立式圆筒形钢制储罐施工技术规程[M].

[2]GB50128-2005, 立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范[M].

[3]邱葭菲主编.《焊接方法》[M].机械工业出版社, 2009.