钢结构焊接变形

钢结构工程焊接应力与变形差生的危害及采取的措施随着“绿色建筑”理念的推广，以钢结构件为主体框架结构结合复合砌筑体结构已成为一种必然趋势，因为以钢结构为主的框架结构的回收利用性有效避免钢筋混凝土结构建筑垃圾的产生，具有可持续性。

由于钢结构工程的特有型，焊接作业时钢结构工程最重要的工序之一，而焊接应力及焊接变形产生是影响钢结构安全性及可靠性的重要因素。

本文着重对焊接应力及焊接变形的危害及所采取的对应措施进行分析。

一、焊接应力与变形产生机理焊接热输入引起材料不均匀局部加热，使焊缝区熔化，而熔池毗邻的高温区材料的热膨胀则受到周围材料的限制，产生不均匀的压缩塑性变形。

在冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围材料的制约，不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸而卸载，与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩也产生了相应的收缩拉应力和变形。

这种随焊接热过程而变化的内应力场和构件变形，称为瞬态应力与变形。

而焊后，在室温条件下，残留于构件中的内应力场和宏观变形称为焊接残余应力与焊接残余变形。

焊接残余应力和变形，严重影响焊接构件的承载力和构件的加工精度，应从设计、焊接工艺、焊接方法、装配工艺着手降低焊接残余应力和减小焊接残余变形。

二、焊接残余应力的危害及降低焊接应力的措施1．焊接残余应力的危害影响构件承受静载能力；影响结构脆性断裂；影响结构的疲劳强度；影响结构的刚度和稳定性；易产生应力腐蚀开裂；影响构件精度和尺寸的稳定性。

2．降低焊接应力的措施(1)设计措施尽量减少焊缝的数量和尺寸，在减小变形量的同时降低焊接应力；防止焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加；要求较高的容器接管口，宜将插入式改为翻边式。

(2)工艺措施采用较小的焊接线能量，减小焊缝热塑变的范围，从而降低焊接应力；合理安排装配焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力；层间进行锤击，使焊缝得到延展，从而降低焊接应力；焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条；预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）；采用整体预热；降低焊缝中的含氢量及焊后进行消氢处理，减小氢致集中应力。

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术摘要：焊接是钢结构行业中应用非常广泛的一种技术，痕迹有着独特优点，同时也存在着缺陷，焊接的残余应力和焊接变形就是两种常见的问题。

在焊接过程中，应力导致焊件变形，同时，随着焊件的变形，应力也会发生变化，并且焊接完成之后留下的变形并不是暂时的，而是长期存在的。

如果要对其进行矫正则需要耗费大量的人力和物力资源，甚至还可能出现产品报废的情况。

关键词：钢结构；焊接残余应力；焊接变形；控制方法一、对接形式焊接残余应力测定1.1试验材料及焊接工艺参数钢板对接是钢结构最常见的形式，通过两块钢板模拟钢结构对接形式，设定试验使用钢板尺寸均为500mm×200mm×8mm，材料为常用Q345B钢。

焊接前需对钢板进行处理，经由剪板机对其进行粗加工后再进行细加工，确保焊接面光滑、平整，组对后先对焊缝两侧进行点焊，固定位置。

1.2测试点分布及数据提取根据SL499-2010标准进行残余应力测试，钢板1和钢板2在材质和尺寸上均相同，仅需研究其一。

取钢板2为研究对象，在离焊缝25mm处引一条与焊缝平行的边，将其平分为11等分，取其10个等分点作为测试点，并将其分别标记为序号1～10。

在第6个等分点引一条垂直于焊缝直至边缘的线段，将该线段等分为5份，取其4个等分点作为测试点，并将其分别标记为序号11～14，在测试时分别取水平方向、竖直方向、45°方向作为测试方向，将所有测试点在不同方向测得的数据记录下来。

二、焊接结构残余应力产生的因素2.1钢结构材料性能和力学性能产生的焊接残余应力对钢结构进行焊接过程中，其产生残余应力主要的因素是在加热时受热不均匀，导致焊接后温度呈梯度进行冷却造成的。

其受热不均匀从物理因素层面可概括为以下两点：对不同材料性质的钢结构零部件进行加工时，由于其金属材料的不同，对温度的感应也必然有不同的反应，进而造成比热容发生变化，使焊接部位组织结构发生相应的变化。

钢结构制作和连接中的焊接变形防范技术研究□郑家平【摘要】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。

针对钢结构工程焊接技术的重点和难点，根据多年的工程实践经验，本文主要阐述实用焊接变形的影响因素及控制措施和方法。

【关键词】焊接变形；影响因素；控制措施【作者简介】郑家平（1962 ），男，山东昌邑人；中原石油勘探局工程建设总公司工程师；研究方向：工程管理一、钢结构制作和连接中焊接缺陷的总类（一）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。

产生气孔的主要原因有：坡口边缘不清洁，有水分、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。

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。

（二）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。

产生夹渣的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。

防止产生夹渣的措施是：正确选取坡口尺寸，认真清理坡口边缘，选用合适的焊接电流和焊接速度，运条摆动要适当。

多层焊时，应仔细观察坡口两侧熔化情况，每一焊层都要认真清理焊渣。

封底焊渣应彻底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。

（三）咬边。

焊缝边缘留下的凹陷，称为咬边。

产生咬边的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。

钢结构焊接中的常见问题及处理方法【摘要】随着现代建筑工业的飞速发展，在加工钢结构工件的过程中，由于存在外形尺寸较大、形状多样、焊缝多、焊接位置不对称等因素，在加工过程中，常出现多种焊接问题，影响产品的质量。

本文对焊接中局部变形和裂纹的原因和预防措施进行分析，并对钢结构焊接检验中的相关问题进行论述。

【关键字】钢结构；焊接；变形；裂纹；检验一、焊接中的局部变形的原因及预防措施1、产生原因（1）加工件的刚性小或不均匀，焊后收缩，变性不一致。

（2）加工件本身焊缝布置不均，导致收缩不均匀，焊缝多的部位收缩大、变形也大。

（3）加工人员操作不当，未对称分层、分段、间断施焊，焊接电流、速度、方向不一致，造成加工件变形的不一致。

（4）焊接时咬肉过大，引起焊接应力集中和过量变形。

（5）焊接放置不平，应力集中释放时引起变形。

2、预防措施（1）设计时尽量使工件各部分刚度和焊缝均匀布置，对称设置焊缝减少交叉和密集焊缝。

（2）制定合理的焊接顺序，以减少变形。

如先焊主焊缝后焊次要焊缝，先焊对称部位的焊缝后焊非对称焊缝，先焊收缩量大的焊缝后焊收缩量小的焊缝，先焊对接焊缝后焊角焊缝。

（3）对尺寸大焊缝多的工件，采用分段、分层、间断施焊，并控制电流、速度、方向一致。

（4）手工焊接较长焊缝时，应采用分段进行间断焊接法，由工件的中间向两头退焊，焊接时人员应对称分散布置，避免由于热量集中引起变形。

（5）大型工件如形状不对称，应将小部件组焊矫正完变形后，在进行装配焊接，以减少整体变形。

（6）工件焊接时应经常翻动，使变形互相抵消。

（7）对于焊后易产生角变形的零部件，应在焊前进行预变形处理，如钢板v形坡口对接，在焊接前应将接口适当垫高，这样可使焊后变平。

（8）通过外焊加固件增大工件的刚性来限制焊接变形，加固件的位置应设在收缩应力的反面。

3、处理方法对已变形的工件，如变形不大，可采用火烤矫正。

如变形较大，采用边烤边用千斤顶顶的方法矫正。

二、钢结构焊接裂纹的原因及预防措施1、热裂纹热裂纹是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹，通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区，表现形式有：纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹和热影响区裂纹。

浅谈钢结构焊接变形与应力消除摘要：钢结构的焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的过程，但由于不均匀温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。

本文主要分析钢结构焊接变形的类型及原因，以及应力消除。

关键词：钢结构；焊接变形；应力近年来，随着我国的工业发展，钢结构工程因其结构性能好、结构组织均匀、强度高、弹性模量高、塑性和韧性好，适于承受冲击和地震荷载、施工速度快、便于机械化生产和工业化程度高等很多优越条件，因此钢结构工程在建筑领域被广泛应用。

但是，也不能否认，钢结构还存在着缺陷和隐患。

1、钢结构焊接变形与残余应力的产生原因金属构件焊接时，焊缝区域局部受热膨胀，而周围的母材还处于冷态式或加热温度不高，因而对受热区域母材的膨胀起约束作用，因而焊接区受压，而母材受拉；随着电弧前移，已完成焊接的热影响冷却收缩，而其周围的母材此时起到了约束其收缩的作用，因而焊缝区域受拉，而其周围的母材金属受压。

在焊接应力作用下，如果焊件的拘束度较小，则焊件会产生相应的变形，如缩短、弯曲、翘曲等；如果焊件的拘束度很大，此时焊件不能自由变形，但在应力作用下会产生局部的应变，同时产生较大的残余应力。

焊接应力是指对钢构件进行焊接加工过程中，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1800℃，局部高温使材料产生不均匀的膨胀。

处于高温区域的材料受到周围温度较低、膨胀量较小的材料的限制而不能自由地进行膨胀，于是焊件内出现内应力，使高温区的材料受到挤压，产生局部压缩塑性应变，在冷却过程中，经受压缩塑性应变的材料，由于不能自由收缩而受到拉伸，于是焊件中又出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。

另外，由于构件受到焊接热循环的作用，使焊缝金属的内部组织发生了不同的变化，引起了因金属组织转变而造成体积上的变化。

产生相变应力。

除上述两种原因外，如果焊件被刚性固定或焊件之间相互牵制住，也会在焊接件中产生焊接应力，上述因素就是焊接残余应力的形成过程。

钢结构焊接的问题及处理方法详细讲解This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.钢结构焊接的问题及处理方法详细讲解焊接中的局部变形1.1产生原因1)加工件的刚性小或不均匀，焊后收缩，变形不一致。

2)加工件本身焊缝布置不均，导致收缩不均匀，焊缝多的部位收缩大、变形也大。

3)施工人员操作不当，未对称分层、分段、间断施焊，焊接电流、速度、方向不一致，造成加工件变形的不一致。

4)焊接时咬肉过大，引起焊接应力集中和过量变形。

5)焊接放置不平，应力集中释放时引起变形。

1.2预防措施1)设计时尽量使工件各部分刚度和焊缝均匀布置，对称设置焊缝减少交叉和密集焊缝。

2)制定合理的焊接顺序，以减少变形如先焊主要焊缝后焊次要焊缝，先焊对称部位的焊缝后焊非对称焊缝，先焊收缩量大的焊缝后焊收缩量小的焊缝，先焊对接焊缝后焊角焊缝。

3)对尺寸大焊缝多的工件，采用分段、分层、间断施焊，并控制电流、速度、方向一致。

4)手工焊接较长焊缝时，应采用分段进行间断焊接法，由工件的中间向两头退焊，焊接时人员应对称分散布置，避免由于热量集中引起变形。

5)大型加工件如形状不对称，应将小部件组焊矫正完变形后，再进行装配焊接，以减少整体变形。

6)工件焊接时应经常翻动，使变形互相抵消。

7)对于焊后易产生角变形的零部件，应在焊前进行预变形处理，如钢板V形坡口对接，在焊接前应将接口适当垫高，这样可使焊后变平。

8)通过外焊加固件增大工件的刚性来限制焊接变形，加固件的位置应设在收缩应力的反面。

1.3处理方法对已变形的构件，如变形不大，可人工用卡具矫正。

如变形较大，可用火炮矫正，对局部变形可用火烤外部位。

角变形可用边烤边用千斤顶的方法矫正。

工件侧弯2.1产生原因1）构件组未搭设平台，基准面出现侧弯，焊接后产生弯曲。

2)构件节点间隙不均，焊接后收缩向间隙大的一侧弯曲。

3)组焊与焊接工艺顺序不当，或强行组装，焊接后还存在较大残余应力或焊后放置不平、支点太少、或位置不正确而产生弯曲。

钢结构焊接变形的火焰校正方法目前,钢结构已在厂房建筑中得到广泛的应用.而钢结构厂房的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑.这些构件在制作过程中都存在焊接变形问题,如果焊接变形不予以矫正,则不仅影响结构整体安装,还会降低工程的安全可靠性.焊接钢结构产生的变形超过技术设计允许变形范围,应设法进行矫正,使其达到符合产品质量要求.实践证明,多数变形的构件是可以矫正的.矫正的方法都是设法造成新的变形来达到抵消已经发生的变形.在生产过程中普遍应用的矫正方法,主要有机械矫正、火焰矫正和综合矫正.但火焰矫正是一门较难操作的工作,方法掌握、温度控制不当还会造成构件新的更大变形.因此,火焰矫正要有丰富的实践经验.本文对钢结构焊接变形的种类、矫正方法作了一个粗略的分析.1钢结构焊接变形的种类与火焰矫正钢结构的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑.焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法：1线状加热法；2点状加热法；3三角形加热法.下面介绍解决不同部位的施工方法.以下为火焰矫正时的加热温度材质为低碳钢低温矫正500度～600度冷却方式：水中温矫正600度～700度冷却方式：空气和水高温矫正700度～800度冷却方式：空气注意事项：火焰矫正时加热温度不宜过高,过高会引起金属变脆、影响冲击韧性.16Mn 在高温矫正时不可用水冷却,包括厚度或淬硬倾向较大的钢材.1.1翼缘板的角变形矫正H型钢柱、梁、撑角变形.在翼缘板上面对准焊缝外纵向线状加热加热温度控制在650度以下,注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围,所以不用水冷却.线状加热时要注意：1不应在同一位置反复加热；2加热过程中不要进行浇水.这两点是火焰矫正一般原则.1.2柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲一、在翼缘板上,对着纵长焊缝,由中间向两端作线状加热,即可矫正弯曲变形.为避免产生弯曲和扭曲变形,两条加热带要同步进行.可采取低温矫正或中温矫正法.这种方法有利于减少焊接内应力,但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩,较难掌握.二、翼缘板上作线状加热,在腹板上作三角形加热.用这种方法矫正柱、梁、撑的弯曲变形,效果显着,横向线状加热宽度一般取20—90mm,板厚小时,加热宽度要窄一些,加热过程应由宽度中间向两边扩展.线状加热最好由两人同时操作进行,再分别加热三角形三角形的宽度不应超过板厚的2倍,三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等.加热三角形从顶部开始,然后从中心向两侧扩展,一层层加热直到三角形的底为止.加热腹板时温度不能太高,否则造成凹陷变形,很难修复.注：以上三角形加热方法同样适用于构件的旁弯矫正.加热时应采用中温矫正,浇水要少.1.3柱、梁、撑腹板的波浪变形矫正波浪变形首先要找出凸起的波峰,用圆点加热法配合手锤矫正.加热圆点的直径一般为50～90mm,当钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应放大,可按d＝4δ＋10mmd为加热点直径；δ为板厚计算得出值加热.烤嘴从波峰起作螺旋形移动,采用中温矫正.当温度达到600～700度时,将手锤放在加热区边缘处,再用大锤击手锤,使加热区金属受挤压,冷却收缩后被拉平.矫正时应避免产生过大的收缩应力.矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点,方法同上.为加快冷却速度,可对Q235钢材进行加水冷却.这种矫正方法属于点状加热法,加热点的分布可呈梅花形或链式密点形.注意温度不要超过750度.2结语火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力.不恰当的矫正产生的内应力与焊接内应力和负载应力迭加,会使柱、梁、撑的纵应力超过允许应力,从而导致承载安全系数的降低.因此在钢结构制造中一定要慎重,尽量采用合理的工艺措施以减少变形,矫正时尽量可能采用机械矫正.当不得不采用火焰矫正时应注意以下几点：1、烤火位置不得在主梁最大应力截面附近；2、矫正处烤火面积在一个截面上不得过大,要多选几个截面；3、宜用点状加热方式,以改善加热区的应力状态；4、加热温度最好不超过700度。

钢结构工程中焊接变形质量控制一、小组概况：本小组是一个具有较强QC理论基础和丰富实践经验的QC小组，小组成员是项目部的主要技术骨干，都接受过四川三峡认证公司、省、市、十一局的TQC培训教育。

QC小组概况小组成员简介二、选题理由由于在万家寨体育馆工程中钢屋架起承载和支撑作用，设计对钢结构的要求很高，因为钢结构的质量不仅影响到其它工序，而且对整体工程质量起着十分重要作用，同时在安全方面也起着十分重要的作用。

在钢结构安装施工过程中，特别是在气割下料或焊接时，由于在加热或冷却过程的不均匀性的存在，十分容易导致结构内部产生应力，这些应力的存在，最终可能出现结构发生变形，从而降低装置钢结构的承载能力和使用寿命。

外形尺寸超差还可能对其他安装工序产生影响，如果这种变形所引起的尺寸过大，还可能造成工件报废或返工，造成人力和物力的浪费，使工程成本增加，这种情况是施工单位所最不想看到的工之前，我们就想到了钢结构制作中可能产生变形这一问题，并引起大家的重视。

我们总结了以往的施工经验，想办法控制由于焊接所产生的残余应力，防止发生结构变形，使该项工程的钢结构施工质量最终达到设计要求。

为此我们QC小组把“钢结构工程中焊接变形质量控制”作为此次小组活动的课题”，并希望能够通过此次活动使钢结构焊接形变质量达到设计要求。

三、选择课题1、钢结构具有强度高、重量轻、抗震性能好、施工速度快等特点，在现代公共建筑中会出现一系列的质量问题，导致各种安全事故的发生。

2、为了防止各种质量问题导致的安全事故的发生，我们从开始制作钢屋架前的每一个环节入手、分析论证出现形变的原因、针对原因找出主要因素，制定实施防范措施，确保钢屋架整体安装的质量安全，最终保证本工程质量合格。

四、现状调查（1）普遍调查2007年4月，本小组查资料发现在以前所干的工程，抽取了不同时间、不同地点的钢结构工程，在这些工程中往往会出现钢结构焊接顺序不当、焊接质量未达到要求、下料方法不当、卡具使用方法不当等等一些质量安全事故的发生。