焊接變形分析及預防探討

摘要：鋼件焊接施工是現在比較常見的一種技術，在構件焊接過程中往往會因為急劇非平衡解熱與冷卻，導致結構產生非常明顯的焊接殘余變形，對整個構件的設計、制作生產以及使用的可靠性有著密切的聯系。造成焊接變形的原因很多，在焊接過程中管理工作稍有漏洞，就會出現變形病害，必須要確定變形出現的原因，并確定合理的措施進行改善。本文對焊接變形原因以及預防措施進行了分析。

關鍵詞：焊接變形；構件；影響因素

焊接為鋼結構制作與連接的主要技術，現在已經被廣泛的應用到鋼結構制作與安裝工藝中。受焊接施工特點影響，對焊接施工技術有較高的要求，管理工作不到位，就會出現焊接變形，不但會對鋼結構外觀以及使用性能造成影響，嚴重的甚至會導致整個焊件報廢，影響企業經濟效益。因此，在鋼構件焊接施工時，必須要明確各項影響因素，并做焊接技術的控制，提前預防變形病害的發生，保證焊接結果滿足要求。

1.焊接變形概述

焊接技術主要作用是完成鋼結構的制作，已經完成構件的連接，在焊機而過程中，構件局部受到高溫加熱，以及焊機而后的快速冷卻，容易在構件的焊縫附近以及母材近縫處產生熱應力變形與壓縮塑性應力變形，整個過程在構件內部產生了內應力，最終會導致構件發生變形[1]。常見的構件變形有彎曲變形、縱向變形、橫向變形以及扭曲變形等，在實際施工過程中對于不同構件的焊接處理，往往出現的變形是相互影響的，并不是完全獨立的存在。造成焊接變形的原因很多，對構件的制作生產以及使用造成的影響比較大，為保證構件處理效果，必須要確定造成焊接變形的原因，并選擇合適的措施進行管理，減少變形情況的發生。

2.焊接變形原因分析

2.1結構因素

焊接結構設計合不合理對焊接變形存在很大的影響，隨著拘束度不斷增加，焊接殘余應力也在增加，而焊接變形則逐漸減少。構件在發生焊接變形時，其本身的拘束度在不斷變化。一般情況下，結構設計相對復雜的構件，在焊接過程中其拘束度占有主導地位，焊接時拘束度的變化也會受結構設計的復雜程度而增加。因此，在對結構設計相對復雜的構件進行焊接時，會選擇用筋板與加強板來提高結構的穩定性與剛性，與普通設計構件相比，焊接工作量更大，并且對于部分拘束度發生變化比較大的部位，如筋板、加強板等，增加了焊接變形與控制的難度[2]。因此，為減少焊接變形情況的發生，應做好對構件設計的優化。

2.2方法因素

不同的鋼構件焊接處理時選擇的方法不同，造成的影響也就不同，例如在建筑鋼結構焊接時，一般會選擇用埋弧焊、手工電弧焊以及CO2氣體保護焊等，在焊接時除了會產生電渣，埋弧焊處理時會還會伴隨著大量的輸熱量，并且在其他條件相同的情況下，收縮變形最大[3]。在對鋼構件進行焊接時，如果電流大、焊條直徑粗等特點，導致焊接速度降低，很有可能加大焊接縫。或者在對厚鋼板進行焊接時，以手工焊接方法最佳，與自動焊接方式相比引起的變形量要更小。對于部分需要采取多層焊接處理時，應著重注意第一層焊接處理，一般情況下首層焊接收縮變形情況最大，第二層與第三層只占到第一層變形的20%和5%～10%，因此應合理控制焊接層數，隨著焊層數的增加焊接變形越明顯。

2.3接頭因素

在焊縫截面積、焊接熱輸入等方面因素相同時，不同的接頭形式對縱向、橫向以及角變形量造成的影響不同，常用的焊接方式包括角焊、堆焊等。第一，在進行表面堆焊時，焊縫金屬橫向變形受縱橫向母材約束，焊縫收縮時還會受到深度以及板厚等因素影響，變形情況比較小。第二，T形角接接頭與搭接接頭焊接施工時，橫向收縫值與角焊縫面積成正比，與板厚成反比。

3.焊接變形處理預防措施分析

3.1加強設計管理

首先，應合理選擇焊接形式與尺寸，焊接尺寸直接影響到焊接變形情況，并且焊縫尺寸越大工作量越大，因此在保證結構承載能力的基礎上，在進行設計時應盡量選擇用小的焊縫尺寸。其中，對于受力比較大的十字接頭與丁字接頭，在進行設計時，應保證在強度相同的條件下，選擇用開坡口的焊縫，可以有效減小焊縫變形。其次，應合理確定焊縫位置，盡量將其安排在對稱于界面中性軸的位置，或者時盡量將焊縫接近中性軸，可以有效改善梁、柱等類型結構的撓曲變形。最后，應盡量減少不必要的焊縫，控制好筋板的形狀，合理選擇筋板設置位置，減少焊縫數量，減少構件的焊接施工，進而能夠有效預防焊縫變形情況的發生。

3.2加強工藝管理

首先，在焊接施工前應做好預防工作，包括預防變形、預防拉伸以及剛性固定組裝等。其中，預防變形即提前預測焊接變形的大小與方向，然后在待焊構件裝配時造成與焊接殘余變形大小相同并且方向相反的預變形量，保證可以在焊接后殘余變形與預變形量相互抵消，使構件恢復早設計要求的幾何尺寸與形狀。其次，在構件焊接過程中，應結合實際需求合理選擇焊接方式，并確定焊接規范參數、焊接順序，并采用隨焊兩側加熱、隨焊跟蹤激冷等措施。一般情況下可以選擇用線能量比較低的焊接方式，可以有效防止焊接變形，而選擇用隨焊兩側加熱、隨焊跟蹤激冷等措施，可以有效降低殘余應力并減小焊接變形。最后，構件焊接處理完畢后，通過合理的矯正措施來減小或者消除存在的參與變形，矯正方法主要分為加熱矯正法與機械矯正法兩種，其中加熱矯正法又可分為整體加熱與局部加熱，而機械矯主要包括靜力加壓矯正法、錘壓法以及焊縫滾壓法。

4.結束語

焊接是鋼構件處理的主要技術之一，為避免焊接變形的發生，應采取合理的焊接節點構造設計措施與技術措施，爭取更好的完成鋼結構焊接變形額控制，保證施工處理結果滿足工程質量要求。就焊接變形現狀來看，雖然取得了一定的效果，但是還需要做進一步的研究，通過對各類影響因素的分析，爭取能夠更好的完成焊接變形的控制。

參考文獻：

[1]吳峰，張艷.汽車起重機裝飾杠焊接變形分析及預防和矯正[J].焊接技術，2010，04：69-70.

[2]吉沐園.薄不銹鋼板激光焊接變形分析及控制[D].江南大學，2011，32：65-66.

[3]盛陳.起重機塔身標準節焊接變形分析及控制方法[J].工程機械與維修，2013，08：22-23.

作者簡介：王鐸，助理工程師 。