浅谈钢结构焊接变形控制
[摘要]为解决建筑钢结构焊接变形所引起的钢结构变形，对常见的焊接变形进行了分析，归纳出线形、角形、弯曲形、扭转形及波浪形五种变形方式，并对这种五种变形产生的原因进行了探讨。对如何减少和预防焊接变形作了较详尽的介绍，重要的是采取有效措施时已变形的焊接构件进行矫正，以此将焊接变形带来的危害降到最低程度，增大经济效益。
[关键词]钢结构焊接变形变形防止变形矫正
一、焊接应力和变形
焊接过程是是一种局部高温加热的工艺过程，即焊缝熔池金属熔点处温度最高，而熔池周围金属温度由熔点递减，直到到达室温。过程中高温金属受热膨胀，且受到周围金属的阻碍而无法自由膨胀，形成塑性变形。焊后冷却过程中，金属塑性收缩，又受到周围金属的阻碍无法自由收缩，从而产生整体结构收缩，产生焊接变形和应力。焊接应力和变形在一定条件下还影响焊接结构的性能，如强度、刚度、尺寸精度和稳定性、受压时的稳定性和抗腐蚀性等。不仅如此，过大的焊接应力与变形，还会大大增加制造工艺中的困难和经济消耗，而且往往因焊接裂纹或变形过大无法矫正而导致产品的报废。
二、变形种类和影响因素
焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变
形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等共六种，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。
在实际焊接过程中，不同条件下的焊接所产生的焊接变形量各不相同，在诸多工艺因素中焊接线能量与焊接变形成正比，焊接线能量越大则焊接时产生的塑性变形区面积越大，焊后的焊接变形越大，反之则越小。决定焊接线能量的因素主要有：
1.焊缝截面尺寸的大小：在板厚尺寸相同时，焊缝截面尺寸即破口尺寸越大则焊接所需线能量也越大，收缩变形越大。
2.焊接的分层方式：焊缝施焊时，分层焊的层数越多，每层所需的线能量越小，变形就越小。但对于开坡口的对接焊缝角变形来讲，则是例外，分层数越多，角变形越大，这主要是由焊件厚度方向的温差所决定的。
3.焊接的原始温度：原始温度高，无形中提高线能量，造成塑性变形增大，焊后的焊接变形随之增大。(当原始温度提高到一定程度时，焊件的温差下降，焊接变形反而减小)。
4.在满足受力要求的前提下，间断焊可降低线能量，从而减小焊接变形。
5.焊接方法是影响焊接变形另一因素，实践及各国焊接专家的研究表明，对于相同焊件，相同焊缝，选择不同的焊接方法，其焊接变形也不同，埋弧焊的焊接变形最大，其次为手弧焊，最小的焊接
变形为c02气体保护焊。因此，在条件设备许可的情况下，选择合适的焊接方法，可有效降低焊接变形。合理选择拼装顺序和焊接顺序，可降低焊接变形。
6.焊接接头形式的影响；在焊接热输入，焊缝截面积及焊接方式等条件相同的条件下，接头形式对纵、横、角变形影响不同，对接接头变形大于t型、搭接接头。对于板厚较大的对接接头偏重取x 型坡口代替v型坡口, 因为对一定厚度的板,x型坡口的熔敷金属量大约比v型坡口少1/2。对于更大板厚的对接接头可采用u型、双u型甚至窄间隙深坡口焊缝, 以减少焊接变形。
三、控制变形措施
控制焊接变形的措施可归结为设计方面、施工方面的预防措施及焊接变形矫正措施。在设计方面可采用选择合理的焊缝尺寸和型式尽可能减少不必要的焊缝和合理安排焊接位置等设计手段来实现。这里不再赘述，下面主要叙述施工方面的预防措施及焊后变形矫正措施。
1.施工预防措施
在施工过程中可采取多种措施预防焊接变形，主要可归纳为反变形法、刚性固定法、合理选择焊接方法和规范、选择合理的装配焊接顺序等。
(1)反变形法：所谓反变形法就是在构件施焊前，确定其焊接变形的大小和方向，焊后使构件达到设计要求。如采用夹具施加与焊接变形相反的作用力的方法，与焊接变形相抵消，以达到防止变形
的目的。
(2)刚性固定法：所谓刚性固定法，就是在没有采取反变形的情况下，将构件固定增加焊件刚度，限制焊接变形。按变形相反方向，用夹具或点焊方式将焊件固定，从而限制焊接变形。
(3)合理地选择焊接方法和规范：从影响焊接变形的因素的叙述中可以知道，选用焊接线能量较低的焊接方法和规范参数，可以有效地防止焊接变形，如采用c02焊代替手工电弧焊，采用多层焊的方式降低焊接参数来降低线能量。
(4)选择合理的装配焊接顺序：这种方式就是使物件在焊接过程中，通过合理的装配焊接顺序，使焊接变形能够互相抵消，从而达到降低变形的目的。
2.焊后矫正焊接变形的方法
根据是否采用外界能量，将其划分为机械与火焰矫正法。
(1)机械矫正法：所谓机械矫正法就是利用外力，使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，与焊接变形相抵消，从而达到消除焊接变形的目的。
(2)火焰矫正法：火焰矫正法是利用火焰在与焊接变形方向相反的对应部份局部加热产生压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，来达到矫正变形的目的。使用火焰矫正法的关键是正确选择加热位置和加热范围。根据火焰矫正法加热时温度范围可分为低温、中温和高温矫正，依据有否采用水冷及水冷位置的不同，又可分为空冷、正冷和背冷三种。空冷是指火焰加热时不用水冷的矫正方法；
正冷是在火焰加热面采用跟踪水冷的矫正方法；而背冷则是指火焰加热时，在火焰加热背面采用跟踪水冷的矫正方法。
四、结语
以上各种控制方法经过多个钢结构焊接过程中的实际应用，效果良好，明显地减少了矫正工作量，提高了生产效率，节约了成本。可以为钢结构制作加工中焊接变形预防控制工作提供借鉴。
参考文献：
[1]巫升儒.建筑钢结构焊接变形控制措施[j].引进与咨询，2005，(9).
[2]何江华.焊接变形原因、控制及矫正方法[j].船海工程.
